3 - 2001

Компьютеризация подготовки производства в едином информационном пространстве предприятия

Евгений Яблочников

Компьютеризация инженерных задач

Информационная интеграция и управление

Компьютеризация распределенной работы

Компьютеризация инженерных задач — один из основных путей повышения производительности в сфере подготовки производства машиностроительного предприятия. Конструирование специального оборудования и средств технологического оснащения на основе объемного моделирования, разработка чертежной документации, подготовка управляющих программ для оборудования с ЧПУ — все эти задачи можно решать с применением целого ряда CAD/CAM-систем. CAE-системы позволяют выполнить анализ и оптимизацию проектных решений. Подобные системы нашли широкое применение во всех отраслях промышленности, и за последнее десятилетие в нашей стране накоплен достаточно большой опыт их использования.

Однако в условиях жестких требований рынка к сокращению сроков проектирования и подготовки производства, к повышению качества изделий необходим выход на качественно новый уровень компьютеризации. Этот уровень обеспечивает применение CALS-методологии, суть которой состоит в непрерывной информационной поддержке разработчиков на всех этапах жизненного цикла изделия (ЖЦИ).

Стратегическое решение задачи перехода к CALS-технологиям предполагает применение интегрированных решений по следующим направлениям:

  • сквозная компьютеризация всего спектра инженерных задач в проектировании и подготовке производства, с выбором базовых CAD/CAM/CAE-систем и поддержкой необходимых форматов данных для обмена конструкторской и технологической информацией;
  • организация единой базы данных проекта для поддержки всех этапов ЖЦИ, компьютеризация управления проектированием и подготовкой производства на основе применения PDM-систем;
  • учет фактора кооперации предприятий при работе над проектом. Применение специальных средств, поддерживающих оперативный обмен конструкторско-технологической информацией между заказчиком и исполнителем, процессы коллективного принятия решений.

Компьютеризация инженерных задач

Как правило, даже небольшое предприятие использует сегодня несколько CAD/CAM-систем. Далеко не всегда разнообразие применяемых систем оправданно, однако в целом наличие систем разных уровней в зависимости от типа и сложности проектируемых изделий и решаемых задач экономически целесообразно. Рынок CAD/CAM-систем весьма динамичен, поэтому даже группе специалистов предприятия, которое выбирает подобную систему, зачастую бывает нелегко оценить достоинства нескольких систем. Количество примеров успешного использования различных CAD/CAM постоянно растет, и специалисты получают все больше возможностей представить себе объективную картину этого рынка.

Пользуясь случаем и подкрепляя тезис о динамике рынка CAD/CAM-систем, мы хотим впервые объявить в центральном печатном издании о появлении на российском рынке еще одной новой разработки — CAD/CAM Cimatron E. Данная система основывается на современных промышленных стандартах, компьютерных технологиях, являющихся сегодня базовыми для инженерных систем, учитывает самые последние тенденции в развитии CAD/CAM-систем и включает весь потенциал широко применяемой в мире, в том числе и в России, системы Сimatron IT.

CAD/CAM — это один из ключевых инструментов в технической подготовке производства. Исходя из анализа работы многих крупных предприятий и малых фирм можно утверждать, что еще большее распространение в ближайшие годы получат системы анализа технологических процессов, такие как Moldflow — для литья пластмасс, MSC.Superforge — для ковки и штамповки, MSC.Autoforge — для листовой штамповки и др. Совместное использование контрольно-измерительных машин и CAD/CAM также представляет собой большой резерв для улучшения качества изделий и применения технологий «обратного проектирования» (Revers Engineering). Наблюдается постоянный рост интереса к технологиям быстрого изготовления натурных образцов (Rapid Prototyping, Rapid Tooling), в которых CAD-модели являются исходной информацией. Современные компьютерные технологии позволяют создать в инженерных бюро по существу «виртуальные цеха» и выполнить моделирование процессов изготовления изделий. К сожалению, в реальных цехах сегодня иная картина: отсутствие современных станков или использование станков с технологически устаревшими стойками ЧПУ зачастую не позволяет производить продукцию с тем качеством и в такие сроки, как было запланировано.

Конечно, все эти и многие другие проблемы новы для большинства руководителей и инженеров, однако уже сформировался определенный круг специалистов, которые могут передавать опыт работы с CAD/CAM-системами, одновременно ставя перед собой новые задачи по компьютеризации служб технической подготовки производства.

Одной из таких задач является интеграция всех данных, получаемых с помощью различных CAD-систем. В странах, где доля конструкторского проектирования с использованием CAD-систем уже весьма значительна, специалистами и специализированными фирмами в рамках крупных проектов выполняется значительный объем работ по преобразованию форматов данных, «лечению моделей». Однако отработка информационного взаимодействия разных систем с использованием нейтральных форматов или прямых интерфейсов — только часть решения данной проблемы. Большую сложность представляет интеграция всей информации (результатов деятельности всех специалистов), с обеспечением возможности ее многократного использования. На практике по-прежнему всю информацию выводят на бумажные носители, и это объясняется не только устаревшим содержанием наших ГОСТов, но и неготовностью участников процесса принять информацию в электронном виде, неспособностью наших служб технической документации управлять электронными архивами и т.д. Решение этой проблемы создатели CALS-технологий видят в применении PDM-систем.

В начало В начало

Информационная интеграция и управление

Информация, создаваемая на этапе технической подготовки производства, составляет большую часть общей информации ЖЦИ. Сюда входит информация конструкторских проектов изделий основного производства и конструкторских проектов оснастки для изготовления этих изделий, информация технологических процессов изготовления изделий и технологических процессов изготовления оснастки, информация о стандартных изделиях и материалах и т.д. Вся эта информация формируется в различных системах пользователей.

Компания «Би Питрон» представляет на нашем рынке PDM-систему SmarTeam. Это разработка фирмы Smart Solutions, являющейся независимой дочерней компанией IBM/Dassault Systemes. Мы акцентируем внимание на данной системе, поскольку в течение ряда лет шло создание организационно-методического комплекса по адаптации и внедрению системы на российских предприятиях и, самое главное, разрабатываются проекты в реальных условиях наших машиностроительных предприятий.

Целями внедрения PDM-системы являются:

  • ускорение процессов проектирования за счет параллельного выполнения работ и электронного обмена данными между специалистами в едином информационном пространстве;
  • повышение качества и достоверности информации за счет прозрачности системы и взаимоконтроля участников процессов проектирования;
  • сохранность информации в электронном виде;
  • ускорение передачи опыта проектирования молодым специалистам;
  • подготовка информации и кадров к внедрению CALS-технологий.

PDM-система организует единое информационное пространство предприятия, обеспечивая прием информации от различных систем проектирования, автоматически поддерживая механизм ведения версий информации и документов и многое другое. В течение трех последних лет читатели журнала «САПР и графика» имели возможность ознакомиться с основными характеристиками PDM-систем. Представляется, что в этом году появятся статьи, обобщающие первый опыт внедрения и использования PDM-систем. Те, кто реально занят сегодня подобными проектами, решают чрезвычайно сложные задачи, причем не только технические и организационные, но и социальные — это работа по формированию нового класса специалистов, которые будут использовать технологии коллективной работы в среде единого информационного пространства.

Из сказанного в предыдущем разделе важно подчеркнуть, что PDM SmarTeam интегрирована практически со всеми зарубежными CAD-системами, распространяемыми сегодня в России. Уровень интеграции PDM- и CAD-систем заслуживает отдельного обсуждения. Но, в любом случае, ни в коей мере не отрицаются отечественные системы, документы и модели которых включаются в жизненный цикл информации. SmarTeam интегрируется также со всеми программами Microsoft Office. И, учитывая тему данной статьи, нельзя не отметить тот факт, что в SmarTeam осуществляется интерактивное проектирование маршрутных и операционных технологических процессов (рис. 1).

Распространяемые сегодня системы проектирования технологических процессов можно разделить на универсальные и специализированные. Универсальные системы, как правило, представляют собой специализированные редакторы, позволяющие формировать технологическую документацию. По мере развития эти системы пополняются базами данных, программами расчетов ряда технологических параметров. Однако уровень автоматизации проектирования в таких системах низок; все решения, связанные с проектированием структуры технологического процесса, принимает технолог. Специализированные системы (такие системы можно действительно называть САПР ТП) ориентированы на определенные классы деталей. Высокая степень автоматизации достигается за счет использования алгоритмов проектирования, отражающих знания технологии и опыт экспертов-технологов, участвующих в разработке систем. Удовлетворительные промышленные результаты по интеграции САПР ТП и CAD-систем на основе трехмерных моделей, по нашим сведениям, пока не получены (вследствие разных подходов к геометрическому описанию изделий в этих системах), хотя подобные исследования проводятся в ряде технических университетов нашей страны, а также за рубежом, например в рамках развития стандарта STEP. Адаптация к условиям предприятия и развитие специализированных САПР ТП требуют значительных трудозатрат.

Общим является то, что большинство существующих сегодня систем разрабатывались как автономные и вследствие этого при интеграции их с другими системами необходимы серьезные доработки с привлечением высококвалифицированных программистов. Принципиальное отличие подхода к проектированию технологических процессов в SmarTeam заключается в том, что технологи работают в единой информационной среде с конструкторами и всеми другими специалистами и могут использовать в работе получаемую от них информацию.

Таким образом, SmarTeam обеспечивает прием информации, созданной на разных этапах ЖЦИ, причем ее ввод может выполняться либо в системах проектирования, либо в самой SmarTeam. Хранение информации осуществляется в базе данных известных СУБД, например Oracle, InterBase, MS/SQL. Использование информации под управлением SmarTeam осуществляется как в процессе конструкторско-технологического проектирования, ведения информации службы маркетинга, ведения информации системы качества и т.д., так и в системах управления производством. Например, пользователи SAP R/3 могут получать данные непосредственно из базы SmarTeam. Удаленный доступ к базе данных SmarTeam осуществляется с помощью подсистемы SmartWeb. Наличие общей базы данных об изделии позволяет организовать процесс параллельного проектирования, при котором каждый последующий этап может быть начат еще до того, как закончен предыдущий. Это существенно сокращает сроки конструкторско-технологического проектирования.

В состав поставки SmarTeam включаются: исходные структуры баз данных, обеспечивающие решение типовых задач конструкторского и технологического проектирования, в том числе с использованием CAD-систем и с учетом требований стандартов ЕСКД и ЕСТД; программы формирования текстовых конструкторских и технологических документов; методические материалы (инструкции, рекомендации). Простые средства создания структур баз данных и экранных форм представления информации под решаемые задачи без использования языков программирования позволяют легко адаптировать SmarTeam к любым условиям предприятия. Пользователи могут создать базы данных стандартных и типовых деталей, используемых материалов, складов оснастки и любые другие, необходимые для решения их задач. Создание новых или включение в систему ранее созданных программ выполняется путем использования API-интерфейса, с привлечением программистов.

Очень важной и актуальной является задача организации электронных архивов различных типов документов. Зачастую термин «электронный архив» понимается как набор файлов отсканированных конструкторских или технологических документов безотносительно к изделиям и проектам, то есть как полная аналогия «бумажным» архивам. В SmarTeam имеется возможность создавать не только базу данных документов в электронном виде (полученных как из систем проектирования, так и со сканера), но и «настоящие» электронные архивы, в которых отслеживаются все этапы эксплуатации документов (оригиналов, подлинников и т.п.) при изготовлении, ремонте и утилизации изделий.

PDM SmarTeam позволяет руководителям подразделений работать в единой информационной среде вместе со своими сотрудниками-специалистами. Для этого существуют специальные функции, такие как RedLining (использование «красного карандаша» для внесения замечаний при проверке результатов деятельности своих подчиненных); WorkFlow Manager — с помощью этой подсистемы руководители могут контролировать и управлять «потоками работ» (деловыми процессами). Кроме того, в распоряжении руководителя имеются все возможности поиска и просмотра всей информации по проектам (рис. 2). Быстрое получение ответов на вопросы, какие документы должны быть сделаны к указанной дате, какие документы должны быть сделаны к указанной дате, но не сделаны, где находится данный документ и т.д., позволяют своевременно и правильно принимать решения по планированию работ и управлению подразделениями.

Таким образом, применение PDM является одним из эффективных способов решения проблемы информационной интеграции задач технической подготовки производства.

В начало В начало

Компьютеризация распределенной работы

Применение CAD/CAM-, CAE- и PDM-систем не только обеспечивает предприятия современными эффективными средствами, но и способствует возникновению новых эффективных форм их кооперирования. Так, с начала 90-х годов в мире разрабатывается методология создания и функционирования «виртуальных предприятий». Более широкие возможности виртуальных предприятий, по сравнению с обычными формами кооперации, заключаются прежде всего в высоком уровне организационной гибкости, что позволяет быстрее реагировать на изменчивые условия рынка. На сегодняшнем этапе зарубежный опыт использования эффективных форм кооперации весьма важен для российских предприятий. Реструктуризация промышленного производства в нашей стране сопровождается такими процессами, как сегментация или расформирование крупных предприятий, появление большого количества малых фирм, специализирующихся на отдельных видах продукции или услуг. В этих условиях эффективно организованная кооперация малых и средних предприятий может составить серьезную конкуренцию крупным фирмам с известными именами.

Рассмотренные выше вопросы компьютеризации производства и информационной интеграции являются важнейшими техническими предпосылками для эффективной кооперации. Учитывая отмеченные тенденции использования новых форм организации работы (например, в виде виртуальных предприятий), разработчики CAD- и PDM-систем уделяют при планировании новых версий все большее внимание коммуникационным технологиям. В основном такие технологии используются сейчас при выполнении проектно-конструкторских работ и изготовлении опытных образцов изделий, где Internet и CAD-технологии позволяют объединить лучших в своих классах специалистов и упростить их взаимодействие. Однако и на предприятиях, выпускающих серийную продукцию, также ставятся задачи по переходу на новые технологии взаимодействия с проектными КБ и субподрядчиками, занятыми производством комплектующих или технологической оснастки.

Одной из сфер, где успешно может быть использован данный подход, является производство изделий из пластмасс, легких сплавов, резины и т.п. Такие изделия и детали широко применяются в самых разных отраслях промышленности, включая автомобильную, аэрокосмическую, компьютерную, электронную, медицинскую, оборонную, телекоммуникационную, оптику, производство товаров народного потребления и др. Выпуск подобных видов изделий предполагает использование сложного формообразующего инструмента и развитое инструментальное производство.

Ориентируясь на этот сегмент рынка промышленности, компания Cimatron разработала специализированную систему QuickConcept, предназначенную для предварительного проектирования и оценки оснастки с организацией диалога заказчика и исполнителя через средства Internet (рис. 3).

Система включает следующие возможности:

  • просмотр геометрических моделей разных CAD-систем, аннотирование и простановка размеров на проектных данных;
  • автоматическое создание формообразующих поверхностей оснастки для множественных направлений разъема оснастки без необходимости лечения моделей, анимация формообразующих движений оснастки с динамическим показом сечений модели, анализ углов уклона поверхностей с целью выявления возможных поднутрений, расчет объема, площади и проецированной площади поверхностей детали для определения усилия замыкания;
  • математическое сравнение моделей с целью выявления геометрических различий их версий, определение как новых элементов модели, так и даже незначительных модификаций существующих, пометка этих различий и документирование изменений;
  • средства организации коллективной работы пользователей над проектом через Internet в режиме реального времени с сохранением протокола обсуждения проекта.

QuickConcept является автономной системой, принимает модели в форматах PFM и IGES, не требует знания CAD-систем. Таким образом, эта система ориентирована как на пользователей всех трехмерных CAD, применяемых в нашей стране, так и на специалистов, не являющихся пользователями (например, на руководителей проектов). Демо-версия системы распространяется свободно через Web-сайт компании Cimatron: http://www.cimatron.com/.

В свою очередь, QuickConcept является составной частью комплекса QuickTooling (быстрая подготовка инструментального производства), подробно описанного в журнале «САПР и графика» № 1 и 2’2001.

«САПР и графика» 3'2001