7 - 2021

Современные подходы к управлению информацией о материалах в масштабе предприятия и корпорации

Андрей Борболин, специалист отдела 
PDM/PLM, компания «Адванс Инжиниринг»
Андрей Борболин, специалист отдела
PDM/PLM, компания «Адванс Инжиниринг»

В последнее время всё больше предприятий активно вовлечены в процесс оптимизации производства с применением цифровых технологий. Степень цифровизации процессов проектирования, управления жизненным циклом изделий, трудовых ресурсов и финансовых потоков на таких предприятиях довольно высока. Однако управление данными о материалах, используемых при разработке изделий, в полной мере не осуществляется. Преимущественно это связано с технической сложностью области, а также с тем, что на предприятии информацией о материалах зачастую владеют несколько подразделений, что усложняет ее согласование и объединение. Несмотря на это, мировые тенденции цифровизации производства, взрывной рост объема данных о материалах, генерируемых на предприятиях, а также появление новых методов производства (например, аддитивные технологии) наглядно демонстрируют необходимость применения интегрированного решения по управлению данными о материалах.

Организации, занимающиеся разработкой изделий, рассматривают три основных аспекта будущего изделия: его форму, материалы, из которых он изготовлен, и то, как он будет изготавливаться. Принимая решение об этих факторах, заказчики компании «Адванс Инжиниринг» стремятся оптимизировать четвертый фактор: функциональность продукта (рис. 1).

Рис. 1. Основные аспекты будущего изделия: форма, материал, процесс изготовления и функциональность продукта

Рис. 1. Основные аспекты будущего изделия: форма, материал, процесс изготовления и функциональность продукта

Выбор материалов оказывает сильное влияние на способность изделия выполнять свои функциональные требования надежно, с минимальными затратами и минимальным воздействием на окружающую среду. Также он взаимосвязан с другими факторами, позволяющими определить жизнеспособность и рентабельность производства, особенно сейчас, когда многие производители выбирают между «традиционным» и аддитивным вариантами производства изделий.

Материалы также являются одной из самых больших статей расходов для производственных предприятий после персонала. Тем не менее, хотя большинство предприятий справедливо инвестируют в IT для управления человеческими ресурсами, инвестиции в управление информацией о материалах по сравнению с ними невелики.

По наблюдениям специалистов «Адванс Инжиниринг», основная причина заключается в том, что устаревшие общие подходы к базам данных из­за сложности информации о материалах не смогли поддерживать современные сценарии использования. Материал может определяться несколькими сотнями свойств или «атрибутов», многие из которых являются узкоспециализированными по своей природе, способам измерения и регистрации. Многие из этих свойств также имеют собственные жизненные циклы, изменяясь с появлением новых результатов испытаний, производственной информации или изменением внешних факторов, таких как законодательство или колебания стоимости. Это делает управление информацией о материалах совершенно другим по сравнению с управлением кадровыми или финансовыми ресурсами или даже данными проектирования, которые имеют относительно мало свойств, несмотря на большие размеры файлов.

Многолетний опыт работы «Адванс Инжиниринг» с ведущим вендором ANSYS и продуктами GRANTA наглядно иллюстрирует, как технологии управления информацией о материалах значительно продвинулись за последнее десятилетие. В настоящее время многие предприятия авиастроения, двигателестроения, вертолетостроения, автомобилестроения и аэрокосмической отрасли внедрили системы управления информацией о материалах и пользуются их преимуществами. Rolls­Royce, например, заявляет о ежегодной многомиллионной экономии средств, которую они получили за счет интегрированной программы управления информацией о материалах.

Информация о свойствах материалов чрезвычайно обширна, и типы данных, необходимые для ее представления, разнообразны. Самым простым является список числовых значений, но даже они должны иметь соответствующие единицы измерения и степени точности. За ними следуют функциональные данные, они описывают изменчивость свойств материала в зависимости от таких параметров, как температура, давление или скорость деформации (рис. 2).

Рис. 2. Типичная информация о материалах, включая данные многопараметрических кривых

Рис. 2. Типичная информация о материалах, включая данные многопараметрических кривых

Создание структуры для эффективного хранения, управления и представления всех этих типов данных является сложной задачей. Другое дело — возможность эффективно искать их. Пользователь может спросить: «Какие алюминиевые сплавы, доступные на нашем заводе в Европе, имеют усталостную прочность не менее 300 МПа при 100 тыс. циклов при комнатной температуре?» Для успешного поиска и подбора материалов по запросам инженеров требуется специальный программный подход к материалам.

Еще одна сложность связана с тем, что информация о материалах не статична — она «живет» и регулярно обновляется. Различные атрибуты одного и того же материала могут иметь разные независимые жизненные циклы. Некоторые из этих жизненных циклов свойств относятся к жизненным циклам изделий, состоящих из таких материалов. Например:

  • технические свойства, которые обновляются при появлении дополнительных результатов испытаний; за любым числом, используемым при проектировании, может лежать сеть из сотен связанных частей данных испытаний и результатов их обработки;
  • свойства, которые обновляются при смене поставщика или переработчика;
  • информация о ценообразовании, зависящая от рынка;
  • информация о законодательных актах, часто обновляемая государственными учреждениями и природоохранными органами.

Задачи, стоящие перед предприятиями

У инженеров­конструкторов, расчетчиков и менеджеров есть требования по применению информации о материалах в повседневных рабочих процессах, которые могут показаться простыми. Они хотят принимать правильные решения о материалах и изделиях на основе надежных данных, а также иметь возможность получать эти данные быстро в рамках отлаженных процессов. Но контекст, описанный выше, представляет некоторые реальные проблемы в достижении этой цели:

1 Как получить нужные данные, когда и где это необходимо? Например, как пользователь CAD или CAE, не являющийся экспертом по материалам, находит корректные входные данные для расчетов, не теряя при этом значительного количества времени и не создавая риска ошибок?

2 Согласованность в масштабах всего предприятия. По мере уточнения описаний материалов и получения данных из нескольких источников, как организация может гарантировать, что инженер­расчетчик, проводящий расчеты критически важного с точки зрения безопасности компонента изделия, и агент по закупкам, который позже должен получить партию этого материала, имеют в виду один и тот же материал?

3 Интеграция в бизнес­процессы и системы. Для управления информацией о материалах требуются специальные инструменты. Но сами эти системы не должны становиться изолированными «хранилищами» информации. В частности, информация о материалах должна управляться в контексте решений компании по управлению жизненным циклом изделий (PLM).

4 Минимизация бизнес­рисков. Доставка нужных данных о материалах в нужное место для проведения инноваций станет выигрышем для любого бизнеса. Но как это сделать, чтобы не подвергать бизнес конкурентным рискам, если доступ к ценной интеллектуальной собственности не контролируется? Как мы можем избежать появления новых рисков, связанных с самими материалами, таких как требования к содержанию веществ ограниченного применения, если информация о таких рисках отсутствует?

Для решения проблем управления информацией о материалах компанией Granta Design (вошедшей в состав ANSYS, Inc.) был разработан инструмент GRANTA MI, предназначенный для управления жизненным циклом информации о материалах. С разработчиками данного программного обеспечения компания «Адванс Инжиниринг» сотрудничает с 2016 года и предлагает своим заказчикам полный комплекс услуг: интеграцию в цикл проектирования предприятий, консалтинг и обучение персонала.

GRANTA MI является уникальным инструментом для создания консолидированного электронного банка данных предприятия на основе накопленной информации о материалах. В системе присутствует возможность задания сложных, комплексных связей между данными самого разного рода. Благодаря таким связям обеспечивается полная прослеживаемость информации о материалах — от испытаний образцов до использования расчетных данных при инженерном моделировании. Контроль доступа обеспечивает предоставление пользователям только той информации, к которой у них есть доступ, а контроль версий позволяет отслеживать изменения в данных, при этом сохраняя всю историю изменений (рис. 3).

Рис. 3. Правильная структура связи сложных данных между собой

Рис. 3. Правильная структура связи сложных данных между собой

Кроме управления информацией о материалах, GRANTA MI позволяет создавать и управлять рабочими процессами, связанными с получением, внесением, обработкой, экспортом и использованием информации о материалах (рис. 4).

Рис. 4. Контроль над рабочими процессами

Рис. 4. Контроль над рабочими процессами

Для каждого пользователя имеется подходящий веб­интерфейс или целевое приложение с функционалом, соответствующим обязанностям и потребностям пользователя (рис. 5).

Рис. 5. Примеры веб-интерфейсов некоторых пользователей

Рис. 5. Примеры веб-интерфейсов некоторых пользователей

Примеры внедрения в мире

Rolls­Royce

Rolls­Royce — ведущая инжиниринговая компания, специализирующаяся на силовых и двигательных установках мирового класса.

Rolls­Royce столкнулась с такими проблемами, как большое количество данных о материалах, распределенное по многим источникам, и невозможность управления сложными рабочими процессами сбора, анализа и использования данных, генерируемых в ходе испытаний, исследований и контроля качества. В отсутствие систематического подхода испытания зачастую дублировались, и 40% полученных результатов никогда не применялись повторно.

Другой ключевой проблемой являлось отсутствие прослеживаемости данных, невозможность обеспечения инженерных решений полным спектром информации об используемых материалах.

Внедрение GRANTA MI позволило Rolls­Royce сократить затраты на управление информацией о материалах на миллионы долларов. Согласно утверждению Rolls­Royce, «глобальная финансовая выгода составляет приблизительно 10 млн долл. в год в виде сэкономленного времени, оптимизации процессов и минимизации отходов».

Решение на основе GRANTA MI:

  • GRANTA MI Enterprise используется в качестве единого источника проверенной информации о материалах с доступом для 2000+ инженеров по всему миру;
  • использование модуля Restricted Substances позволяет быстро оценивать риски, связанные с соответствием ключевых материалов и процессов требованиям регламентов, а также с изменением таких требований;
  • Rolls­Royce является членом консорциума EMIT (Environmental Materials Information Technology), занимающегося поиском практических решений для соответствия регулярно ужесточающимся требованиям регламентов.

Дэвид Кросс, руководитель службы управления материалами, отметил: «GRANTA MI предоставляет нам единый консолидированный источник информации о материалах, используемых в Rolls­Royce, объединяя различные материалы в единой, контролируемой среде».

Ключевые преимущества внедрения GRANTA MI в Rolls­Royce:

  • задокументированная экономия средств в размере 10 млн долл. в год в виде сэкономленного времени, оптимизации процессов и минимизации отходов;
  • единый консолидированный источник информации о материалах с контролируемым доступом для сотрудников по всему миру;
  • полная прослеживаемость информации о критических материалах;
  • повышение степени повторного использования результатов испытаний, сокращение объема отходов;
  • содействие отделам материаловедения в обеспечении соответствия требованиям регламентов.

SAFRAN

Внедрение GRANTA MI помогло SAFRAN значительно ускорить разработку и сертификацию авиационных двигателей. До внедрения один двигатель сертифицировался в течение 10 лет, за первые два года после внедрения были успешно сертифицированы три двигателя.

Примеры внедрения в России

ОДК­Авиадвигатель

Компания «Адванс Инжиниринг» внедрила систему GRANTA MI на предприятии «ОДК­Авиадвигатель» в рамках проекта по разработке турбовентиляторного двигателя ПД­14 для перспективного узкофюзеляжного самолета МС­21­300. Были сформированы следующие цели:

  • консолидация всех проектных данных о материалах при разработке турбовентиляторного двигателя ПД­14 для перспективного узкофюзеляжного самолета МС­21­300;
  • хранение результатов испытаний образцов из металлов и композитов в рамках специальной квалификации материалов ГТД;
  • хранение результатов статистической обработки и расчетных значений характеристик конструкционной прочности с возможностью экспорта в системы CAD/CAE/PLM.

Объединенная двигателестроительная корпорация

Успешность внедрения и использования GRANTA MI в «ОДК­Авиадвигатель», дочернем предприятии АО «Объединенная двигателестроительная корпорация», повысила интерес корпорации к созданию единого источника данных о конструкционной прочности материалов для всех дочерних предприятий.

В корпорации была поставлена задача: создать единый корпоративный электронный банк данных по свойствам конструкционных материалов АО «ОДК» на основе системы GRANTA MI по гражданской тематике для дивизионов «Двигатели для гражданской авиации», «Вертолетные двигатели», «Энергетические и промышленные программы» — рис. 6.

Рис. 6. Единый корпоративный электронный банк данных по свойствам конструкционных материалов для семи дочерних предприятий АО «ОДК»

Рис. 6. Единый корпоративный электронный банк данных по свойствам конструкционных материалов для семи дочерних предприятий АО «ОДК»

В конце 2018 года ПО GRANTA MI было выбрано в качестве отраслевого ПО АО «ОДК» для управления данными о материалах. Проект был успешно реализован специалистами компании «Адванс Инжиниринг» в сжатые сроки.

ПО GRANTA MI для управления данными о материалах позволило АО «ОДК» эффективно организовать рабочие процессы управления информацией о материалах и ее использования.

Регистрация | Войти