Интеллектуальная и компьютерная интеграция — залог общих успехов

Лилия Губич, Наталия Хамец

Цели предприятия и средства их реализации

Характеристики и проблемы интегрированной среды

Эффект от внедрения автоматизации

Выбор CAD/CAM/CAE-систем и средств вычислительной техники для их установки при внедрении на предприятии компьютерных технологий является сложной технической и экономической проблемой, от правильного решения которой зависит конкурентоспособность предприятия. На основе анализа условий производства, подготовки кадров, состава оборудования, перспектив развития предприятия определяется стратегия комплексной автоматизации проектирования и производства, этапы реализации этой задачи, выбираются наиболее подходящие для конкретных условий технические и программные средства, намечается комплекс организационно-технических мероприятий для эффективного внедрения приобретаемых средств, планируется обучение и переподготовка кадров. Решение этой проблемы ведется на основе долговременного сотрудничества предприятия с фирмой, которая выбирается как стратегический партнер в деле перевода предприятия на компьютерные технологии и которая способна обеспечить выполнение всех перечисленных выше вопросов.

Цель данной статьи — поделиться накопленным практическим опытом применения и внедрения сквозных компьютерных технологий проектирования и производства новых изделий в научно-инженерном предприятии (НИП) «Системы автоматизации» (Минск, Белоруссия).

НИП «Системы автоматизации» создано на базе научного центра, который был организован в марте 1995 года по инициативе Института технической кибернетики Национальной академии наук Белоруссии и совместного белорусско-американского предприятия International Business Alliance при поддержке Московского отделения корпорации IBM. Оно учреждено Президиумом Национальной академии наук Белоруссии и вошло в состав Научно-исследовательского объединения «Кибернетика».

Образование нашего предприятия — это попытка объединить научный потенциал республики с наиболее передовой современной компьютерной технологией, направить его на поддержку производства, поднять вопрос о компьютеризации инженерной деятельности на уровень государственной научно-технической политики. Внедрение автоматизированного проектирования и параллельного инжиниринга — длительный процесс, требующий серьезного обучения специалистов предприятия, отработки методики решения конкретных проектных задач с помощью программных средств в условиях данного производства. Этот процесс может потребовать также изменения структуры проектных подразделений для работы по компьютерным технологиям, отработки новых форм организации проектных работ с помощью компьютера специалистов различных профилей в сквозных технологических цепочках от замысла нового изделия до его изготовления. Поэтому, в соответствии с действующими нормативными документами, при разработке общего проекта САПР предприятия все перечисленные вопросы должны быть учтены, иначе вложенные средства не дадут ожидаемого эффекта.

Цели предприятия и средства их реализации

Для решения проблемы компьютеризации требуется искать такие пути и формы взаимодействия с предприятиями, которые помогли бы им решить их сегодняшние проблемы с помощью компьютера и обеспечили бы эффективный переход на новые технологии с учетом их специфики в каждом конкретном случае. Это требует кропотливой работы как специалистов в области САПР, так и специалистов предприятий. Проблема САПР на предприятии не существует отдельно; она тесно связана с вопросами автоматизации управления предприятием и должна рассматриваться комплексно с выбором единой технической платформы, проработкой интерфейсов между различными системами с выходом на производство. Иначе произойдет «островная» автоматизация отдельных служб, что не приведет к желаемым результатам.

Исходя из реалий сегодняшнего положения предприятий характерной является следующая формула автоматизации: 2-3 рабочих места на графических станциях с мощной CAD/CAM/CAE-системой в окружении персональных компьютеров (ПК) различной мощности, на которых выполняется основная масса рядовых проектных задач. Такая формула позволяет минимизировать затраты и рационально использовать имеющийся парк ПК, которые приобретались предприятиями весьма хаотично. Наши программно-технические средства также представляют такую многоуровневую структуру, интегрированную в единую систему для реализации сквозной компьютерной технологии проектирование-производство. Состав наших программно-технических средств складывался исторически и отражает развитие деловых контактов, что типично для многих предприятий.

Программно-технические средства и кадровый потенциал имеющихся специалистов обеспечивают компьютеризацию в следующих областях:

• создание новых машин, устройств, коммуникаций от дизайна до завершения проекта с обеспечением всех средств анализа проектных решений, что позволяет резко снизить издержки производства;
• технологическая подготовка производства новых изделий на базе компьютерных моделей деталей машин и устройств без физического прототипирования;
• производство на оборудовании с ЧПУ с обеспечением управления станками от ПК.

В состав наших программно-технических средств входят: система CATIA на графической станции RS/6000; система Solid Edge на ПК; система ГеММа-3D на ПК; семейство продуктов фирмы Autodesk: AutoCAD 13 на графической станции RS/6000, AutoCAD 14, AutoCAD LT и Mechanical Desktop на ПК; программный комплекс ФОРЛИТ для проектирования пресс-форм на базе AutoCAD 14.

Сегодня уже никого не надо убеждать в необходимости внедрения компьютерных технологий. Однако парадокс нынешней ситуации состоит в том, что заработать средства на приобретение программно-технических средств предприятие может, только выпуская высококачественную, нужную на рынке продукцию; выпускать же эту продукцию без применения компьютерных технологий весьма сложно, а подчас и невозможно. Мы предлагаем предприятиям разорвать этот порочный круг путем совместного запуска новых конкурентоспособных изделий, подготовки в ходе работы специалистов и производственной базы, а затем осуществляем внедрение компьютерных технологий на предприятии.

Основные направления нашей работы:

• совместный запуск новых изделий в производство по заказам предприятий в среде CAD/CAM/CAE-систем, имеющихся у нас;
• поставка программно-технических средств и организация сквозного компьютерного проектирования и производства на предприятии;
• разработка специализированного программного обеспечения для проектирования оснастки (пресс-форм, штампов, приспособлений);
• подготовка специалистов для работы с CAD/CAM/CAE-системами.

Исходя из направлений деятельности предприятия, предлагается следующий спектр услуг.

Для запуска в производство новых изделий по компьютерной технологии:

• разработка дизайна изделий с переходом к пространственной точной электронной модели изделия для передачи ее на этап конструирования;
• изготовление прототипов изделий по электронной модели на установках быстрого прототипирования;
• моделирование конструкции изделия, контроль собираемости, проверка деталей на прочность, разработка конструкторской документации по 3D-моделям деталей;
• проектирование оснастки (штампов, пресс-форм) на основе 3D-моделей деталей;
• разработка управляющих программ для обработки деталей оснастки и изделий основного производства.

Для организации компьютерной технологии на предприятии:

• проведение обследования предприятия, разработка комплекса организационно-технических мероприятий для организации комплексной САПР предприятия;
• поставка программно-технических средств и интеграция их с имеющимися на предприятии;
• организация процессов компьютерного проектирования и производства на предприятии;
• модернизация управления станками с ЧПУ от перфоленты к системе прямого управления от ПК в локальной вычислительной сети;
• обучение специалистов методам и средствам компьютерного проектирования с помощью различных программных комплексов (CATIA, Solid Edge, AutoCAD, ГеММа-3D, ФОРЛИТ);
• организация электронных архивов на базе сканирования, векторизации и параметризации ручных чертежей.

Перечисленные задачи решаются нами совместно с нашими партнерами. Освоением и распространением системы CATIA мы занимаемся совместно с СП IBA (г.Минск) — крупнейшим поставщиком программно-технических средств на платформе IBM в Белоруссии; бизнес-партнером корпорации IBM.

Целый ряд серьезных задач решен нами совместно с разработчиком системы ГеММа-3D и системы прямого управления станками ЧПУ — «Группа ГеММа», г.Жуковский.

Поддержку и понимание мы находим у «Русской промышленной компании» (г.Москва) — крупнейшего дистрибьютора фирмы Autodesk в России по AutoCAD и его окружению в области машиностроения и строительства промышленных объектов.

Тесные деловые контакты налажены нами с целым рядом крупных белорусских предприятий.

Так, ПО «Витязь», г.Витебск, имеет компьютеризированное инструментальное производство, является нашей производственной базой для изготовления штампов и пресс-форм с использованием системы CATIA. «Минское производственное объединение вычислительной техники» — наше базовое предприятие по освоению сквозной компьютерной технологии проектирования и производства приборов в среде системы CATIA и ФОРЛИТ. «Минский завод шестерен» — базовое предприятие по применению системы CATIA для проектирования сложнофасонной оснастки. «Минский автомобильный завод» — базовое предприятие по эксплуатации и развитию системы ФОРЛИТ проектирования пресс-форм для литья под давлением изделий из пластмасс. НПО «РАТОН», г.Гомель — базовое предприятие внедрения системы CATIA в регионе. Барановичский станкостроительный завод ОАО «АТЛАНТ» — базовое предприятие по организации сквозного цикла: система ГеММа-3D — система прямого управления станками с ЧПУ.

Характеристики и проблемы интегрированной среды

Ниже приведена краткая характеристика программных компонентов, входящих в интегрированную систему компьютерного проектирования нашего предприятия.

Центральный компонент наших средств — система CATIA, самая мощная на сегодня в мире CAD/CAM/CAE-система обеспечения компьютерной технологии создания новых изделий и запуска их в производство.

Нами освоены и апробированы на практике следующие разделы системы CATIA:

• проектирование механических устройств, машин, деталей;
• проектирование изделий сложных форм; CATIA родилась в самолетостроении, и мы убедились, что она обладает наиболее мощным аппаратом построения сложных поверхностей;
• проектирование коммуникаций: гидро- и пневмосистем, электрических систем; CATIA обеспечивает специфические средства проектирования коммуникаций и их взаимодействие с механической частью машины; обеспечивается как пространственное проектирование этих систем, так и получение схем коммуникаций;
• анализ проектных решений; основа компьютерной технологии — всесторонний анализ проектных решений на ранних стадиях проектирования; средства CATIA ориентированы на конструктора и в то же время дают возможность перейти к более тонким методам анализа аналитикам-расчетчикам;
• разработка программ ЧПУ, выбор оптимальной стратегии обработки, анализ обработки; этот блок завершает сквозную технологию: «проектирование — производство».

При внедрении системы CATIA на предприятии нам приходится сталкиваться со сложными проектными и производственными задачами. Основным условием для принятия решения о приобретении системы является реализация этих задач. Нужно сказать, что система CATIA нас еще ни разу не подвела. Совокупность предлагаемых средств и методов в системе CATIA обеспечивает надежное решение самых сложных задач. В качестве примера можно привести запуск в производство одной из моделей телевизора в ПО «Витязь», г.Витебск (рис. 1), тормозного башмака на Минском заводе шестерен (рис. 2).

Система AutoCAD фирмы Autodesk сегодня стала классикой. Любой компьютерно грамотный инженер должен уметь работать с этой системой, которую можно встретить в любой точке земного шара. Вокруг AutoCAD сегодня имеется мощное прикладное программное обеспечение для машиностроения, разработанное партнерами фирмы Autodesk и обеспечивающее сквозную компьютерную технологию в классе средних и малых САПР.

Наличие в системе CATIA надежного и прямого интерфейса со средой AutoCAD обеспечивает эффективную реализацию как задачи получения чертежей в интегрированной системе CATIA — AutoCAD, так и восстановления 3D-модели детали в среде CATIA по ее чертежу, полученному в AutoCAD. При этом достигается рациональное разделение машинных и людских ресурсов в зависимости от сложности решаемых задач. Наглядным примером такой интеграции может служить реализация проекта по запуску в производство сиденья для городского транспорта на ПО «АЗОТ», г.Гродно (рис. 3).

Станки с ЧПУ для различных видов обработки являются базисом компьютерной технологии. Наши предприятия располагают значительным парком станков с ЧПУ, которые еще вполне приемлемы по техническим характеристикам, но их системы ввода программ от перфолент морально устарели. Мы предлагаем систему ГеММа-3D (разработка компании «Группа ГеММа», г.Жуковский), с системой группового управления станками от ПЭВМ. Внедрение этой системы позволяет модернизировать отечественное оборудование и связать его с западными компьютерными системами. Система ГеММа-3D позволяет задействовать имеющийся парк ПК и сделать первый шаг к комплексной автоматизации предприятия.

Наш опыт работы с системой ГеММа-3D показал ее неоспоримые достоинства: соответствие программных средств особенностям технологии обработки деталей на наших предприятиях; возможность работы на небольших ПК; интеграция с системами более высокого уровня и т.д. Система ГеММа-3D — одна из немногих бывших советских программных разработок, которая заняла достойное место в ряду мировых CAD/CAM/CAE-систем. Успех этой системы определяется не только ее техническими достоинствами, но и высоким потенциалом коллектива ее разработчиков. Это высококвалифицированные специалисты, а главное — надежные партнеры.

Примерами нашего сотрудничества является организация на Барановичском станкостроительном заводе интегрированной среды: ГеММа-3D — система прямого управления станками с ЧПУ.

ФОРЛИТ — интеллектуальная САПР проектирования пресс-форм для литья под давлением металлов и пластмасс, разработанная в ИТК АНБ на базе системы AutoCAD. Она ориентирована на конструкторов-прессформистов и облегчает им взаимодействие с ПК. Обеспечивает высокий уровень автоматизации проектных работ, учитывает отечественные стандарты и практику конструирования пресс-форм на наших предприятиях. Очень эффективно использование этой системы в интеграции с системой CATIA. Вопросы формообразования решаются в среде CATIA, а компоновка пресс-формы и получение комплекта конструкторской документации (КД) — в системе ФОРЛИТ (рис. 4).

Solid Edge — очень эффективная система нового поколения. Высокий уровень автоматизации выполнения основных проектных процедур, «конструкторский» стиль интерфейса обеспечивает пользователю производительную и эффективную работу.

Для апробации данной системы нами выполнен ряд проектов в интегрированной среде: Solid Edge — ГеММа-3D, разработаны учебно-методические материалы для быстрого освоения этой системы и методы применения параметрического аппарата системы к созданию взаимозависимых библиотек стандартных деталей пресс-форм, создана первая версия такой библиотеки и разрабатываются алгоритмы проектирования пресс-форм на ее базе с использованием опыта организации этого процесса в системе ФОРЛИТ. Обобщая эти работы, можно сказать, что в своем классе аналогов система Solid Edge является очень эффективным инструментом автоматизации проектных работ с большой перспективой (рис. 5).

Организация проектных задач в интегрированной среде систем различного уровня базируется прежде всего на интерфейсах между ними. В большинстве случаев проблему интерфейсов сводят к форматам обмена данными (IGES, STEP). Наш опыт работы в среде разнородных систем, располагающих различными математическими методами и средствами представления объекта и процесса проектирования, показал, что интерфейс — это прежде всего проблема методологическая, и лишь потом информационная. Форматы данных IGES и STEP великолепно работают, если в системе-«передатчике» формируется модель объекта проектирования в таком виде, который наиболее приемлем для обработки этой модели в системе-«приемнике». Кроме решения задачи передачи данных между системами для организации интегрированной среды, нами разработан целый комплекс сервисных программ обработки данных, полученных в разных системах. Например, для программ ЧПУ в формате APT, полученных в системе CATIA, в среде AutoCAD 14 разработан программный комплекс получения симметричных управляющих программ, разделения управляющих программ на части и т.д. Это позволяет распараллелить работу и сократить сроки решения проектных задач.

Завершая описание наших программно-технических средств, хочется сказать следующее. Наш опыт показал, что нет систем «плохих» и «хороших», и спор о том, «чей нос лучше», бесплоден. Есть реальное производство, его задачи и перспективы. Исходя из анализа многих факторов (технических, технологических, кадровых, финансовых и т.д.), должна быть разработана формула перехода предприятия на компьютерные технологии. В зависимости от целей предприятия, проектных задач, уровня готовности руководства и специалистов к восприятию компьютерных технологий, должны предлагаться наиболее подходящие программно-технические средства и эффективная стратегия их внедрения. В этом главное условие успеха в таком трудном деле, как создание САПР предприятия.

Эффект от внедрения автоматизации

Что дает автоматизация производству? Ответ на этот вопрос не так очевиден как кажется. Примитивная оценка автоматизации только по показателю ускорения выпуска конструкторской документации не отражает сути компьютерной технологии проектирования, которая позволяет прежде всего принципиально изменить производство при грамотном подходе к этому вопросу.

В основе существующей проектной деятельности лежит задача получения комплекта КД и передачи ее в следующее подразделение. Применение ПК для ускорения выпуска КД дает очень малый эффект. Компьютерная технология — это прежде всего новая организация проектной деятельности, которая направлена на конечный результат: запуск в производство нового изделия при минимизации издержек. В центре такой технологии находится модель объекта, а не чертеж. Чертеж выполняется по модели объекта после завершения процесса проектирования в наиболее подходящем для производства виде. Таким образом, компьютерная технология — это не просто замена карандаша и кульмана на компьютер. Это возможность решать проектные задачи так, как без компьютера их решить невозможно, и спроектировать то, что вручную на кульмане просто невозможно сделать.

Оценка сквозной компьютерной технологии проектирования и производства должна опираться на ее свойства и те результаты в производстве, которые эти свойства ему обеспечивают.

1. Полная компьютерная модель изделия и его производства обеспечивают:
   • современный дизайн изделия и его конкурентоспособность;
   • удешевление производства за счет повышения надежности проектирования и исключения конструкторских ошибок;
   • ускорение сроков запуска в производство за счет исключения многих бумажных этапов.
2. Параллельное проектирование и накопление базы знаний дают возможности:
   • сократить сроки проектирования;
   • повысить квалификацию специалистов.
3. Анализ размерных цепей, кинематики, геометрии, прочности обеспечивает:
   • уменьшение издержек производства;
   • повышение качества потребительских свойств изделий.
4. Гибридное моделирование и параметризация обеспечивают создание семейств моделей изделий для более полного удовлетворения требований рынка.
5. Управление проектными работами и проектными данными делает возможным оперативное внесение изменений в проект, уменьшает непроизводительные потери рабочего времени, повышает управляемость производством.

Организация выполнения проектных работ в компьютерной интегрированной среде базируется на электронной модели объекта проектировании, с которой работают специалисты различных профилей. Важнейшим условием существования этой модели является ее способность отражать и передавать различные свойства объекта проектирования в соответствии с этапами процесса проектирования и производства.

На этапе разработки дизайна изделия требуется представить и оценить прежде всего внешнюю форму изделия. Конструктора интересует функциональное назначение и взаимосвязи элементов конструкции. Технолог рассматривает объект проектирования с точки зрения возможности его изготовления в условиях конкретного производства.

Организовать компьютерную технологию проектирования и производства — это значит отработать методы и средства решения специфических проектных задач на каждом рабочем месте и форму представления модели объекта проектирования при передаче ее следующему специалисту.

Наш опыт показывает, что организационная проблема является ключевой при внедрении CAD/CAM/CAE-систем. Нами разработан ряд учебно-методических материалов по этой проблеме и планируются дальнейшие работы в области создания методик и регламентирующих документов по организации сквозной компьютерной технологии проектирования и производства на предприятии.

***

Добиться успеха на рынке, не опираясь на компьютерные технологии, невозможно, потому что обеспечивают этот успех качество продукции, анализ рынка для обеспечения сбыта продукции, скорость запуска семейств новых изделий для гибкого учета условий потребителя.

Однако, приступая к внедрению компьютерных технологий, руководители и специалисты, как предприятия, так и фирмы, поставляющей программно-технические средства, должны прийти к взаимопониманию по следующим вопросам.

1. Какова цель совместной работы, что должно быть достигнуто в итоге, каковы этапы достижения этой цели?
2. Готовность коллектива предприятия к финансовым, умственным и психологическим затратам, связанным с использованием компьютерных технологий.
3. Сроки получения ожидаемых плодов применения компьютерных технологий зависят прежде всего от эффективного обучения специалистов, адаптированного к условиям конкретного предприятия и решаемым задачам.
4. Компьютерные технологии требуют новых форм организации проектных работ на предприятии, которые должны закрепляться в стандартах предприятия, регламентирующих взаимодействие специалистов в новых условиях.

Интегрируя не только компьютерные системы, но и усилия разработчиков CAD/CAM/CAE-систем, их распространителей и пользователей, мы добьемся совместных коммерческих и технических успехов, несмотря на все проблемы сегодняшнего дня.

«САПР и графика» 2'2000