Комплексные подходы в организации эффективной подготовки производства изделий

Радислав Бирбраер, Владимир Горбунов, Дмитрий Абросимов

Интегрированная система разработки изделия

Система управления данными об изделии

Процесс согласования КД

Визуализация данных

Итоги и выводы

Инженерно-консалтинговая компания СОЛВЕР (SOLVER) продолжает цикл статей о реализованных ею проектах автоматизации проектирования и производства на ведущих отечественных предприятиях различных отраслей промышленности.

В условиях рыночных отношений с целью повышения эффективности производства и при его подготовке промышленным предприятиям уже недостаточно прилагать разовые усилия, направленные на решение локальных задач и по отдельным направлениям. Сегодня нужны комплексные подходы в организации эффективного производства. В противном случае борьба с постоянно возникающими производственными проблемами станет самоцелью, отодвигая достижение стратегических задач на задний план.

Компания СОЛВЕР содействует российским машиностроительным предприятиям в повышении эффективности бизнеса. Имея за плечами более чем десятилетний опыт деятельности в области инженерного консалтинга, СОЛВЕР сегодня претворяет в жизнь концепцию построения так называемого умного производства  — высокоэффективного и высокорентабельного производства, которое обеспечивает как выпуск качественной и конкурентоспособной продукции, так и конкурентоспособность самого предприятия.

Компания работает с передовыми отечественными предприятиями, выпускающими конкурентоспособную продукцию и желающими делать это более эффективно. Руководители таких предприятий обычно уже знают, чего хотят, и испытывают трудности лишь в выборе наиболее оптимальных решений для достижения поставленных целей: повышения качества изделий, сокращения производственных циклов и затрат на производство.

Решение этих трех задач редко бывает достижимо одновременно — каждая из них довольно сложна и требует значительных временных и финансовых затрат. Однако это верно лишь для традиционных и стандартных подходов, которые обычно используются на предприятиях. При разработке своих предложений СОЛВЕР делает ставку на применение наиболее прогрессивного оборудования и программного обеспечения, на автоматизацию подготовки производства и самого производства, документооборота и информационных потоков предприятия. Компания СОЛВЕР тщательно подбирает партнеров — производителей оборудования и ПО, лидирующих в соответствующих отраслях, постоянно обновляет продуктовую линейку, предлагаемую клиентам, систематически проводит обучение и сертификацию своих специалистов.

Технология работы СОЛВЕР с предприятиями-заказчиками имеет ряд уникальных особенностей. Во-первых, она позволяет начать положительные преобразования на предприятии с любого этапа, будь то производство, подготовка производства или управление жизненным циклом изделий. Начав с одного этапа, эти преобразования можно распространить на все остальное, комплексно решая задачи повышения эффективности предприятия. Для более результативной работы с клиентами компания успешно применяет методику «трех проектов», которая позволяет, организовав поэтапную работу от экспериментальных проектов к проектам внедрения и индустриальным проектам, помочь предприятию-заказчику сократить циклы производства, повысить качество выпускаемых изделий, уменьшить затраты на их производство и эксплуатацию путем оптимизации и автоматизации производственных процессов.

Методы каждого из этапов работы СОЛВЕР с клиентами также уникальны. Например, при выполнении экспериментальных проектов специалисты компании тщательно и комплексно прорабатывают одну или несколько актуальных производственных проблем заказчика, на примере которых демонстрируют ему, как и какими средствами можно оптимально решить их с точки зрения поставленных целей и затрат. В результате выполнения экспериментального проекта заказчик получает от СОЛВЕР обоснованное предложение на поставку технических и программных средств. Делая эту работу самостоятельно, предприятие затратит несравненно больше времени и средств, так как не имеет, как правило, того опыта и тех знаний в области нового оборудования, технологий производства и обеспечения его подготовки, какие приобрела компания СОЛВЕР, решая аналогичные задачи при работе с другими заказчиками.

Комплексность предлагаемых решений находит отражение и на последующих этапах работы СОЛВЕР с клиентами. Например, СОЛВЕР не ограничивается поставкой оборудования или программного обеспечения — с этими задачами справляются и другие поставщики, а обеспечивает внедрение предложенных решений, обучение и сертификацию специалистов предприятия, гарантийное и послегарантийное обслуживание оборудования, что говорит о нашем ответственном отношении к проблемам клиентова.

Системные и комплексные подходы были использованы компанией СОЛВЕР и в работе с предприятием ЭЗАН, об одном из этапов которой мы расскажем в этой статье.

Экспериментальный завод научного приборостроения со специальным конструкторским бюро ЭЗАН (г.Черноголовка Московской обл.) является федеральным государственным унитарным предприятием в составе Российской академии наук. Предприятие было основано в 1973 году для обеспечения научно-исследовательских институтов Академии наук и других организаций особо сложным оборудованием и приборами и специализировалось на выпуске высоковакуумных установок, приборов для исследования структуры и для химического анализа материалов, а также средств автоматизации и обработки данных. Сегодня ЭЗАН является одним из ведущих российских разработчиков и изготовителей современных аппаратных и программных средств для автоматизированных систем контроля и управления технологическими процессами в энергетике, промышленности и транспорте.

Сотрудничество ЭЗАН и СОЛВЕР началось два года назад с поставки нескольких современных металлообрабатывающих станков — именно на этом участке производства предприятие испытывало затруднения. При внедрении оборудования специалисты СОЛВЕР выполнили экспериментальный проект, демонстрирующий эффективность подготовки производства изделий с использованием программного комплекса Pro/ENGINEER от компании РТС. Применяемые ими решения и полученные результаты заинтересовали руководство предприятия, и оно заключило с СОЛВЕР договор на поставку нескольких рабочих мест на базе Pro/ENGINEER. Для более эффективной организации процессов подготовки производства СОЛВЕР предложила использовать решения Windchill от той же компании РТС, возможности которых были продемонстрированы в следующем экспериментальном проекте. Благодаря такому алгоритму сотрудничества с СОЛВЕР предприятие ЭЗАН всегда подходило к началу закупок программных средств, осознанно, четко представляя себе, что конкретно получится от их внедрения.

Далее расскажем подробнее о результатах одного из этапов совместной работы компаний СОЛВЕР и ЭЗАН.

Как мы уже отмечали, компанией СОЛВЕР для создания комплексной системы проектирования и подготовки производства изделий были предложены подход и решения фирмы PTC. Главным аргументом выбора программных продуктов именно этого разработчика послужили следующие факторы:

• линейка программного обеспечения фирмы PTC включает полный набор функциональных модулей для организации эффективной совместной работы конструкторских и технологических подразделений, а также для управления жизненным циклом изделий;

• реализована глубокая бесшовная интеграция предлагаемых программных средств;

• разработана четкая и последовательная стратегия фирмы PTC для внедрения на предприятиях PLM-технологий на базе решений Pro/ENGINEER и Windchill;

• надежность поставщика ПО: компания РТС входит в группу мировых лидеров на рынке программного обеспечения в области CAD/CAM/CAE/PDM/PLM;

• высокая эффективность решений, предлагаемых фирмой РТС, подтверждена обширной практикой проектов, осуществленных СОЛВЕР на отечественных машиностроительных предприятиях.

Говоря о полноте решений, отметим, что РТС предлагает сегодня не набор программных инструментов, а систему разработки и совершенствования изделий . Эта система позволяет, с одной стороны, полно и эффективно обеспечить процессы подготовки производства изделий, а с другой — достичь поставленных целей постепенно и поэтапно, решая на каждом этапе своего становления емкие и конкретные задачи. Такой подход оправдан с методологической точки зрения: система не спускается сверху и не воспринимается как некое «инородное тело» для работающих с ней, а постепенно «выращивается» на предприятии, углубляя и оптимизируя процессы проектирования и подготовки производства.

Интегрированная система разработки изделия

Новая методология фирмы PTC в области внедрения решений CAD/CAM/CAE/PLM нашла воплощение в интегрированной системе разработки изделия (Product Development System, PDS). Система PDS представляет собой интегрированный набор функциональных модулей, обеспечивающих как эффективную совместную работу конструкторских и технологических подразделений, так и эффективное управление этой работой. В систему можно быстро включать новые функциональные компоненты в ходе ее формирования и развития.

Программные модули, входящие в систему PDS, обеспечивают решение трех основных задач подготовки производства изделий (рис. 1):

• Создание (Create)  — создание полного электронного описания изделия;

• организация совместной работы (Collaborate)  — организация информационного взаимодействия всех разработчиков, групп, подразделений, предприятий и партнеров, занятых в процессе разработки изделия;

• управление данными (Control)  — обеспечение управления процессами использования данных.

При построении подобных систем наиболее эффективно осуществлять последовательное развертывание и внедрение новых технологий. Этот путь, рекомендованный и самим разработчиком (рис. 2), использовался специалистами СОЛВЕР и ЭЗАН в совместном проекте, который был разделен на следующие этапы:

1. Электронная модель изделия является источником всех необходимых данных для всех этапов подготовки его производства. Создание электронной модели изделия осуществляется с помощью CAD/CAM/CAE-системы Pro/ENGINEER Wildfire, которая обеспечивает:

• высокую надежность процессов проектирования;

• поддержку работы конструкторов с актуальными версиями документов;

• одновременную работу в системе проектирования (CAD/CAM) и системе управления инженерными данными и спецификациями (PDM), что дает возможность быстро организовывать эффективную совместную работу исполнителей и обеспечивать контроль над процессом разработки.

2. Управление данными об изделии  — помимо конструкторской информации данные об изделии включают требования, спецификации, программы и результаты испытаний и т.д. Модуль Windchill PDMLink позволяет организовать единый источник информации для всех подразделений предприятия и исключить дублирование данных за счет их эффективного хранения и управления ими.

3. Управление внесением изменений и конфигурациями изделий  — модуль Windchill PDMLink включает готовый к использованию сертифицированный стандартный механизм управления процессами внесения изменений, отражающий передовой опыт в практике использования систем такого рода.

Механизм управления конфигурациями Windchill PDMLink обеспечивает:

• одновременное сопровождение различных представлений структуры одного и того же изделия (например, структур «как спроектировано», «как производится» и др.);

• отслеживание различных конфигурации изделия на основе критериев, заданных пользователем (например, учет условий применимости того или иного варианта исполнения детали в составе конкретного изделия — по дате, по номеру заказа, по серийному номеру изделия и т.п.);

• управление вариантами изделий с учетом требований заказчика.

4. Организация совместной разработки изделия и управление проектами  — компонент системы PDS модуль Windchill ProjectLink  — позволяет в режиме реального времени реализовать функции взаимодействия всех участников команды разработчиков сложного изделия, в состав которой могут входить конструкторы, технологи, работники отделов снабжения, маркетинга и т.п., то есть сотрудники различных служб предприятия.

5. Интеграция с производственными информационными системами позволяет осуществлять двунаправленную ассоциативную связь с существующими на предприятии информационными системами (например, с системами ERP, MRP и т.д.).

В конце 2003-го — начале 2004 года специалистами ЭЗАН совместно с фирмой СОЛВЕР был осуществлен проект, направленный на реализацию первого этапа построения Интегрированной системы разработки изделия, — обеспечение создания электронного описания изделия на основе программного комплекса Pro/ENGINEER Wildfire. По завершении этого этапа сразу была получена реальная отдача: внедрение сквозной системы автоматизированного проектирования позволило повысить качество проектируемых изделий, снизить время технологической подготовки производства, а следовательно, и себестоимость изделия.

За время, прошедшее с начала этого проекта, специалистами ЭЗАН был накоплен необходимый опыт проектирования в Pro/ENGINEER, созданы библиотеки типовых и стандартных элементов с учетом специфики предприятия, отработана методика организации сквозного процесса проектирования и подготовки производства. Все это позволило осенью прошлого года начать проект следующего этапа — внедрение системы управления данными об изделии.

Целями данного проекта являлись:

• создание системы управления данными об изделии;

• автоматизация бизнес-процесса согласования конструкторской документации;

• обучение пользователей и администраторов системы, ознакомление их с предлагаемыми подходами и технологиями в ходе совместной работы;

• оценка результатов внедрения системы PDS и планирование дальнейших действий.

Система управления данными об изделии

Система управления данными об изделии строилась на базе модуля Windchill PDMLink, сильными сторонами которого являются:

• легкий и удобный интерфейс пользователя позволяет быстро обучиться работе с ПО, а впоследствии — не тратить лишних усилий, работая с ним;

• интеграция с применяемыми на предприятии САПР Pro/ENGINEER, AutoCAD, Inventor, Solidworks позволяет легко интегрировать программный продукт с уже используемыми на предприятии программными средствами;

• интеграция с приложениями Microsoft Office , позволяет обращаться к документам Windchill непосредственно из меню Word, Excel и т.д., что обеспечивает возможность применять функциональность системы широкому кругу пользователей, участвующих в процессе разработки;

• наличие системы проведения изменений, полностью соответствующей стандарту CMII;

• встроенная автоматическая система визуализации данных об изделии, созданных с применением как систем САПР, так и офисных приложений, позволяет просматривать эти данные не только специалистам, но и другим заинтересованным пользователям;

• наличие мощной системы навигации в информации об изделии, позволяющей получать такую информацию о нем: на основании какого задания был создан тот или иной его компонент, какие еще работы при этом выполнялись. Это обеспечивает процессы автоматического ведения и отслеживания истории работы над каждой единицей изделия.

В качестве объекта проектирования и отработки методов работы системы управления данными было выбрано конкретное изделие, находящееся в разработке, — установка плазмо-химического травления в условиях электронно-циклотронного резонанса (рис. 3).

Поскольку 3D-модели и чертежи для установки были созданы ранее с применением Pro/ENGINEER Wildfire, методики передачи данных САПР под управлением Windchill демонстрировались и отрабатывались в ходе выполнения проекта на примере этого изделия.

На первом этапе, перед тем, как начать загрузку данных, относящихся к изделию, все модели прошли проверку на наличие необходимой атрибутивной информации, после чего некоторые из них были доработаны. Были созданы и заполнены библиотеки изделий: стандартных, покупных, заимствованных и т.д. (рис. 4), проработана структура каждой библиотеки (рис. 5), настроены политики доступа. Хотя заполнение библиотек — весьма трудоемкое дело, впоследствии они позволяют значительно ускорить работу над другими изделиями. Попутно были созданы шаблоны библиотеки и изделия, на основе которых в дальнейшем создавались последующие изделия и библиотеки.

На следующем этапе под управление Windchill передавались данные, относящиеся к изделию. При этом в автоматическом режиме создавались учетные карточки на сборочные единицы и детали, а на основе информации, полученной из моделей деталей и сборок, назначалась необходимая атрибутивная информация и выстраивалась структура изделия (рис. 6).

Необходимо отметить, что в СКБ ЭЗАН используется последняя версия Pro/ENGINEER — Wildfire2, интеграция которой с Windchill не требует применения каких-либо дополнительных модулей. Работа Pro/ENGINEER с Windchill осуществляется через встроенный Web-браузер (рис. 7) и стандартные команды меню работы с файлами (рис. 8). При этом средствами Pro/ENGINEER можно отображать атрибутивную информацию для объектов, хранящихся в Windchill (рис. 9), открывать и вставлять в сборки 3D-модели из Windchill в Pro/ENGINEER простым перетаскиванием их из одного окна в другое, осуществлять быстрый поиск необходимой информации и навигацию в Windchill и т.д.

Процесс согласования КД

Одной из задач проекта являлась оптимизация действующего на предприятии бизнес-процесса согласования конструкторской документации. Его моделирование в состоянии «как есть», оптимизация и представление в состоянии «как должно быть» осуществлялись в ПО ARIS Toolset (рис. 10), а автоматизация — с использованием Windchill. Возможность организации в Windchill одновременного совместного доступа к документам сотрудников из разных подразделений позволяет обеспечить параллельное выполнение этого процесса в технологических службах (рис. 11), что, по оценкам специалистов СОЛВЕР, должно сократить время согласования документации примерно на 30%.

Особенностью процесса согласования документации в СКБ ЭЗАН является то, что обозначения чертежам и моделям присваиваются отделом стандартизации в соответствии с определенными правилами после начала проектирования. На этом этапе специалистами ЭЗАН и СОЛВЕР был разработан шаблон рабочего потока (рис. 12), который обеспечивает автоматическую смену обозначений учетной карточки и связанных с ней моделей и чертежей, а также автоматическое изменение атрибутов в чертежах. Благодаря этому конструкторам больше не нужно специально редактировать эти атрибуты, что уменьшает вероятность появления ошибок.

На примере разработки бизнес-процесса согласования КД с помощью средств Windchill специалистам ЭЗАН были продемонстрированы различные подходы к созданию жизненных циклов и шаблонов потоков работ, например реализованная в этом же процессе синхронизация этапов жизненного цикла учетной карточки и описывающих ее конструкторских документов. Основным объектом, участвующим в процессе согласования, является учетная карточка, обеспечивающая представление наиболее полной информации о детали — с ней связаны модель и чертеж, а также, если это необходимо, дополнительные документы. Смена этапов жизненного цикла конструкторских документов обеспечивается с помощью выполнения специальных процедур на языке Java, которые запускаются в момент смены этапов жизненного цикла учетной карточки, связанной с этими документами.

Визуализация данных

С помощью встроенной системы визуализации данных Windchill были созданы в автоматическом режиме визуальные представления конструкторских и технологических данных для дальнейшего просмотра их на рабочих местах тех сотрудников, которые не имеют для этого специализированного ПО, но принимают участие в процессе разработки. Просмотр данных осуществляется с использованием полной или облегченной версии средства просмотра Product View. Облегченная версия не требует установки, доступ к просматриваемым данным осуществляется с помощью Web-браузера (рис. 13). Полная версия Product View устанавливается на клиентские рабочие места и имеет, по сравнению с облегченной версией, расширенную функциональность: создание анимационных роликов и сечений, отображение структуры изделия и т.п. Обе версии обеспечивают возможности просмотра чертежей и 3D-моделей, измерения геометрических параметров и создания примечаний.

Лучшие в своем классе возможности системы визуализации Windchill активно использовались во время выполнения заданий по согласованию КД. Участники процесса, просматривая чертежи и модели, могли создавать необходимые примечания, проверять размеры (рис. 14) и т.д.

Итоги и выводы

Внедрение системы PDS на базе программных продуктов компании РТС позволяет повысить качество изделий, сократить производственные циклы, снизить затраты на производство.

Методика поэтапного ввода в действие системы разработки изделий, с одной стороны, является менее проблематичной для уже существующих на предприятии технологий, а с другой — позволяет получать результаты уже на ранних стадиях внедрения. Например, в СКБ ЭЗАН реализованные возможности системы дали предприятию следующие возможности:

• повысить качество выпускаемой продукции благодаря переходу на технологию сквозного параллельного проектирования и подготовки производства;

• значительно улучшить действующие на предприятии бизнес-процессы в плане сокращения сроков их исполнения и снижения затрат;

• сократить примерно на 30% сроки согласования и утверждения разрабатываемой документации за счет обеспечения их параллельного прохождения в различных службах, а также благодаря возможности контроля над работой с документацией.

Полное внедрение системы обеспечит:

• эффективное управление проектами по разработке новых изделий, по совершенствованию и модификации старых;

• интеграцию процессов разработки и производства предприятия с его партнерами, расположенными в других городах и регионах России, обеспечение точно в срок всех исполнителей необходимой для выполнения работ информацией;

• существенное сокращение сроков и повышение качества конструкторско-технологической подготовки производства (особенно новых изделий) за счет более высокого уровня взаимодействия специалистов различных предприятий, снижение вероятности ошибок при разработке технической документации, создание корпоративного электронного архива;

• эффективность учета, анализа и управления затратами как на производство продукции, так и на конструкторско-технологическую подготовку производства.

О дальнейшем развитии комплексной системы разработки изделий в СКБ ЭЗАН мы расскажем в одном из следующих номеров журнала.

«САПР и графика» 3'2005