3 - 2003

Проектирование и изготовление электродвигателей по индивидуальному заказу

Олег Григорьев, Сергей Евдокимов, Станислав Масютин, Галина Мелешина, Анатолий Рыбаков, Сергей Шептунов

Мировой опыт использования информационных технологий (ИТ) при организации производства наукоемкой продукции в машиностроении показывает, что наибольший эффект от применения ИТ могут обеспечить следующие факторы:

  • организация и постоянное совершенствование системы управления повторно используемыми знаниями в области производства;
  • максимальное использование совмещенного проектирования основного изделия и технологической оснастки для его производства как во времени, так и в пространстве;
  • улучшение качества проектирования на основе использования управляемого ассоциативными связями набора типовых моделей базового исполнения, охватывающего весь жизненный цикл изделия;
  • информационное взаимодействие и координация всех служб исполнителя исходя из потребности заказчика для выполнения проекта по индивидуальному заказу в рамках единого информационного пространства;
  • переход от натурных испытаний к компьютерному моделированию как собственно изделия, так и технологической оснастки для его изготовления.

Максимальный эффект от использования ИТ на предприятии может быть достигнут только при комплексном применении всех этих факторов и соответствующем управлении мотивацией деятельности сотрудников.

Основной путь повышения конкурентоспособности, на который сегодня могут встать российские предприятия машиностроительного профиля — коренное изменение подхода к организации процесса конструкторско-технологической подготовки производства. Подобные изменения в организации деятельности предприятия требуют соответствующего методического обеспечения, набора CASE-инструментов, баз знаний по основным технологическим разделам машиностроения, учета в ходе выполнения работ международных TQM- и CALS-стандартов.

В данной статье рассматривается опыт Института конструкторско-технологической информатики (ИКТИ РАН), МГТУ Станкин и ОАО «Сафоновский электромашиностроительный завод» (ОАО «СЭЗ») по комплексному использованию достижений информационных технологий при проектировании и изготовлении электродвигателей по индивидуальному заказу в производственных условиях.

Большая часть важнейших технических решений на изделие закладывается на этапе конструкторско-технологической подготовки производства. Плохо спроектированное изделие в производственных условиях может быть только «подлакировано», но основные технические решения не претерпят существенных изменений. Основная задача конструкторско-технологической подготовки производства связана с выявлением и разрешением противоречий между функциональными, временными, надежностными, качественными и стоимостными требованиями заказчика, а также с допустимыми вариантами конструктивных исполнений и текущими производственными условиями изготовителя. Стоимость выявления и разрешения указанных противоречий напрямую зависит от момента их обнаружения в ходе жизненного цикла изделия. Поэтому целесообразно организовать производственную деятельность таким образом, чтобы большая часть этих противоречий могла бы быть выявлена и устранена на ранних стадиях создания изделия.

На рис. 1 приведена укрупненная модель деятельности предприятия-исполнителя в ходе реализации индивидуального заказа при мелкосерийной и единичной организации производства наукоемкого изделия (в нашем случае — это электрические машины большой мощности). Заказчик формирует основные исходные требования, которые оформляются как техническое задание на разработку. После заключения контракта для каждого заказа исполнитель формирует проект, в рамках которого выполняется разработка конструкторско-технологической документации на требуемый электродвигатель, реализуется технологическая подготовка его производства и осуществляется собственно выпуск изделия. Выполнение проекта в значительной степени зависит от возможностей, предоставляемых базами знаний. Собственно реализация заказа в производственных условиях организована с учетом применения MRP- и ERP-стандартов.

На основании формализованного технического задания с помощью электромагнитных расчетов определяется структура будущей компоновки электродвигателя. Эта структура отражает связь исходных требований заказчика и проектных параметров изделия при конкретной его реализации с учетом возможностей производства. В проекте предусматривается пошаговая стратегия разработки решений, которая призвана обеспечить автоматическое обновление компоновочной схемы требуемого исполнения электродвигателя и организовать использование компьютерных средств детального анализа возможности реализации в производственных условиях исходных технических требований, сформулированных заказчиком.

Пошаговая стратегия разработки решений на основе типовых наборов моделей призвана помочь:

  • зафиксировать основные этапы разработки и обозначить множество контролируемых состояний, которые гарантируют получение изделия с заданным качеством;
  • описать факторы и приоритеты, влияющие как на график выполнения проекта, так и на функциональные и качественные показатели изделия;
  • выявить и учесть критические особенности текущего проекта на ранних стадиях проектирования;
  • создать критерии и средства оценки работы групп и отдельных исполнителей;
  • организовать взаимодействие как с заказчиком, так и с субподрядчиками на основе взаимоприемлемых компромиссов.

В результате пошаговой стратегии разработки повышается «прозрачность» производственного процесса для заказчика, улучшается отношение исполнителей к делу, возрастает качество принимаемых решений, снижается вероятность последующих переделок. Все это в целом положительно сказывается на качестве и цене выпускаемых изделий.

Другим ключевым моментом совершенствования деятельности предприятия в ходе перехода к CALS-технологиям становится использование единого информационного пространства, охватывающего весь жизненный цикл изделия. Единое информационное пространство должно увязать между собой с помощью управляемой системы параметров все входящие в сборочную модель электродвигателя компоненты и технологические процессы их изготовления. Это обеспечивает возможность автоматического обновления под требования потребителя компьютерной модели компоновки электродвигателя. При построении единого информационного пространства учитываются требования STEP-стандарта.

Иерархически процесс проектирования изделия по индивидуальному заказу основан на следующей информационной структуре. На начальном этапе производится поиск решения в электронном архиве ранее выполненных разработок. В случае отсутствия в архиве аналога создается проект изделия. В состав проекта изделия включаются следующие папки, в которых создается и сохраняется вся необходимая информация об электродвигателе:

  • 01 — формализованное техническое задание (ФТЗ);
  • 02 — используемые инженерные расчеты, входные и промежуточные результаты;
  • 03 — комплект чертежно-графической документации, содержащей полное описание будущей конструкции; в комплект документации входят как твердотельные модели, так и двумерные чертежи;
  • 04 — сведения о технологии его изготовления.

Технологическая часть подготовки производства основного изделия проектирования может ссылаться как на единичные, так и на унифицированные технологические процессы. На следующих этапах детализации добавляются сведения о технологической оснастке, требуемой для изготовления данного изделия. В настоящее время поддерживается проектирование технологической оснастки, касающейся штампов для листовой штамповки, пресс-форм, режущего и мерительного инструмента, станочных приспособлений и т.д. К технологической оснастке отнесена и подготовка программ для оборудования с ЧПУ.

Соответственно на различных уровнях детализации определяется необходимая информация о технологической оснастке, включающая в компьютерной форме архивы ранее выполненных наработок. Структурно эти архивы также состоят из ФТЗ, расчетов, конструкций, технологий и программ для оборудования с ЧПУ. Только теперь эти сведения относятся к технологической оснастке. Вся система построена на использовании системы словарей и справочников, образующих единое информационное пространство. Таким образом достигается возможность отслеживания двунаправленных изменений тех или иных параметров. При этом пользователь будет уведомлен о возможных последствиях предлагаемых изменений.

Изменения параметров на любом из этапов реализации проекта влияют на работы, выполняемые параллельно или сделанные ранее. При традиционной организации работ такие изменения обычно выявляются на рабочих местах в ходе сборки и испытаний и проблема разрешается путем проведения серии согласующих обсуждений. В результате таких обсуждений и согласований отдельные части проекта перерабатываются и приводятся в соответствие с последними по времени требованиями. Глубина такой переработки зависит от того, насколько рано выявлена конфликтная ситуация и какие ресурсы уже задействованы при технологической подготовке производства.

При внедрении ИТ начальным шагом на пути общего сокращения затрат, повышения качества изделия и предупреждения большинства ошибок является задача построения единого информационного пространства, набора компьютерных моделей и их согласованного использования на всех стадиях жизненного цикла производства и сопровождения электродвигателя. Существенное сокращение (до 3-4 раз) сроков выхода готового изделия на рынок достигается посредством распараллеливания деятельности по проектированию электродвигателя и подготовке его производства в коллективе сотрудников. Для отработки организации и распараллеливания деятельности на ОАО «СЭЗ» была использована концепцию комплексной организации проектирования изделия и подготовки его производства (см. статьи «Автоматизация деятельности конструктора при проектировании штампов листовой штамповки» в № 7’1999 и «Деятельность конструктора по блочно-модульному проектированию в компьютерной среде» в № 5’1999).

Представленная концепция не является абсолютно новой для машиностроительных предприятий России. Теоретические основы этой концепции были заложены в работах С.П.Митрофанова (см. Митрофанов С.П. Групповая технология машиностроительного производства. М., 1983). Только в нашем случае сфера действия групповой технологии охватывает и проектную деятельность предприятия.

Реализация данной концепции на ОАО «СЭЗ» стала возможной после появления системы автоматизированной поддержки информационных решений (САПИР) на принципах CALS-технологий. Она предусматривает использование множества согласованных моделей необходимой степени сложности с произвольным количеством иерархически наследуемых связей. В результате выполнения этих работ стало возможным формализовать в компьютерном варианте научные и производственные знания, накопленные на предприятии в ходе 40-летнего существования, и организовать их повторное использование в дальнейших разработках с применением компьютерных средств.

Большинство производителей инструментальных программных систем для применения в машиностроении декларируют возможность ассоциативности построения взаимосвязанной системы моделей (твердотельная модель, чертеж, расчетная схема, программа для обработки на ЧПУ, технологическая оснастка и т.д.). Однако у них, как правило, отсутствуют методическое обеспечение, позволяющее реализовать эти возможности на практике, и сведения о том, во сколько обойдется конкретному предприятию внедрение у себя данной концепции.

В следующей части статьи мы поделимся опытом внедрения различных графических систем на промышленных предприятиях России.

«САПР и графика» 3'2003