4 - 2003

Проектирование и изготовление электродвигателей по индивидуальному заказу

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

Опыт внедрения различных графических систем на промышленных предприятиях России показывает, что даже если используемая САПР обладает необходимой функциональностью, то возможность предприятия справиться собственными силами с решением данной задачи остается под большим вопросом. Это объясняется двумя причинами.

Во-первых, для организации совмещенного проектирования основного изделия и технологической подготовки его производства число ассоциативных моделей и уровней иерархии может быть очень большим. Построение их собственными силами требует от предприятия много времени и ресурсов. В то же время базовыми компонентами в ходе этой деятельности выступают процессы проектирования и изготовления технологической оснастки для того или иного машиностроительного производства. Культура создания и производства технологической оснастки имеет существенные различия на российских и зарубежных предприятиях. Простое копирование зарубежного опыта в этой области не всегда может быть эффективным и целесообразным. Это связано с использованием различного оборудования, материалов, стандартных комплектующих, из которых формируется технологическая оснастка, навыков работы и т.д.

Подобно тому как стандартизация и взаимозаменяемость деталей в машиностроении стали движущей силой индустриальной революции, информационная революция в промышленности во многом опирается на возможность применения повторно используемых баз знаний. Доступ и многократное использование компьютерных баз знаний по ранее выполненным разработкам составляют основной потенциал предприятия для возможности роста производительности труда и обеспечения гарантированного качества. Тиражируемыми базами знаний при использовании CALS-технологий в машиностроении выступают процессы проектирования и производства технологической оснастки.

Во-вторых, совмещенное проектирование должно учитывать индивидуальные процессы производства. Согласно концепции комплексной организации проектирования и изготовления электродвигателя требования формируются в результате выполнения электромагнитных расчетов и должны поддерживать двунаправленные ассоциативные связи с моделью штамповой оснастки, соответствующей технологической документацией, с программами для станков с ЧПУ и с техническими требованиями заказчика.

Организация совмещенного проектирования электродвигателя и технологической оснастки для его производства должна максимально полно учитывать взаимосвязи всех технических процессов еще до начала их использования в ходе практической деятельности независимо от конкретных подразделений и исполнителей. Таким образом, большинство штатных ситуаций, возникающих в ходе выполнения конкретного проекта, не требуют от исполнителей консультаций и согласований между отдельными службами и с руководством предприятия. Значительная часть решений оговаривается заблаговременно, и все ресурсы исполнителя (интеллектуальные, кадровые, производственные, финансовые и т.д.) нацелены на практическую реализацию конкретного проекта. Данная организация планирования деятельности предприятия построена в соответствии с требованиями TQM-технологии.

Преимущества от применения информационных технологий при последовательной организации работ (левая часть рис. 1) в общем случае носят локальный характер. Достигаются небольшое сокращение цикла изготовления при автоматизации существующих задач, некоторое улучшение качества за счет однозначного описания изделия, незначительное преимущество от использования твердотельной модели. Все это в целом оказывает минимальное влияние на цели, стоящие перед предприятием. Именно поэтому использование чисто графических систем, не погруженных в CALS-среду, облегчает модификацию отдельных частей изделия, но не может обеспечить предприятию существенного выигрыша в решении глобальных проблем разработки, подготовки производства и сопровождения изделия в целом.

При совмещенной организации работ по основному изделию и технологической оснастки для его производства происходит полная реорганизация всего жизненного цикла выпуска изделия (правая часть рис. 1). За счет совмещения во времени процессов проектирования основного изделия и технологической оснастки для его производства удается существенно сократить сроки выхода изделия на рынок. Такой подход позволяет по-новому организовать ведение бизнеса и гарантирует значительное повышение качества выпускаемого изделия, то есть реализуются основные цели применения CALS-технологии в машиностроении.

Все управление проектом сконцентрировано в едином информационном пространстве, задающем функциональные характеристики электродвигателя и связывающем отдельные технические процессы между собой посредством многоуровневых управляемых ассоциативных связей. Это позволяет быстро создавать новые изделия по индивидуальным заказам на основе базовой компоновки электродвигателя, а также строить электронное описание изделия в терминах «деловой прозы». Ассоциативная связь, реализуемая компьютерными средствами в едином информационном пространстве, дает возможность автоматически учитывать изменения по проекту во всех предусмотренных представлениях электродвигателя и технологической оснастки для его изготовления (рис. 2).

При такой организации разработки более полно учитывается и фиксируется замысел исполнителя в ходе конкретного проекта. Без учета замысла конструктора любой чертеж — это всего лишь функционально несвязанные наборы геометрических контуров, но исполнитель должен понимать, что в рамках единого информационного пространства все эти геометрические контуры сами выступают в качестве базовых исходных данных для последующего проектирования (рабочие пазы, отверстия под крепеж и т.д.) и могут изменяться по расположению, количеству, размерам, в зависимости от исходных данных и электромагнитного расчета, и при этом не выходить за габариты изделия. Кроме того, эти геометрические контуры выступают как исходные данные для последующего проектирования технологической оснастки (например, штамповой).

Все это вместе взятое дает предприятию принципиально новые возможности для разработки различных исполнений наукоемких объектов по индивидуальному заказу в компьютерной среде с применением CALS-технологий. Такой подход предполагает экономически эффективный и рациональный способ создания, сопровождения и оценки изделий, имеющих общее концептуальное решение и различающихся конкретным исполнением.

Используя технологию САПИР (система автоматизированной поддержки информационных решений) при проектировании и изготовлении электродвигателя, разработчики, в случае необходимости, после внесения изменений заказчиком в исходные требования могут оценить последствия в создаваемом проекте в течение довольно незначительного времени. Это открывает возможность совместной работы заказчика и исполнителя в ходе согласования технического задания, позволяет значительно сократить процесс проектирования и технологической подготовки производства электродвигателей и делает процесс производства хорошо прогнозируемым.

К преимуществам реализованного подхода можно отнести:

  • сокращение времени подготовки производства нового электродвигателя с 8000 до 1200 нормочасов за счет организации распараллеливания выполнения технических процессов;
  • более тщательное предварительное компьютерное проектирование и моделирование, обеспечивающее нахождение рационального решения без увеличения общего срока создания изделия;
  • улучшение качества и сокращение затрат за счет согласования отдельных технических процессов между собой по входу и выходу, по используемым форматам данных и т.д.;
  • создание и накопление повторно используемой базы знаний с возможностью ее последующего совершенствования;
  • повышение персональной ответственности исполнителей и служб за выполняемые работы.

Таким образом, проектирование и изготовление наукоемких изделий на базе САПИР обладает рядом новшеств. К ним следует отнести использование набора компьютерных моделей с типовыми решениями, совмещенное проектирование электродвигателя и технологической оснастки для его производства, простоту освоения и применения пользователем системы в производственных условиях. САПИР предлагает новый подход к решению задач конструкторско-технологической подготовки производства в компьютерной среде. При этом подходе типовые технические решения, накопленные в виде стандартов предприятия, выступают базовыми строительными «кирпичиками» для организации деятельности исполнителей на основе компьютерных моделей в едином информационном пространстве. Модели постоянно совершенствуются в рамках системы управления повторно используемыми знаниями. Все это координирует и облегчает командную работу над проектом.

Информационные технологии, встроенные в систему автоматизированной поддержки информационных решений, позволяют соединить проверенную инженерную практику с широким набором средств компьютерного моделирования. Вычислительная среда, использующая знания об изделии и имеющийся инженерный опыт, значительно упростила решение большинства специальных инженерных задач и обеспечила реализацию прогнозируемого проектирования. А это, в свою очередь, позволило объединить в создаваемом изделии совокупные знания отдельных исполнителей и подготовить их к последующему использованию в производственных условиях.

В настоящей работе компьютерная база знаний построена на основе T-FLEX CAD.

В ИКТИ РАН ведутся работы по применению информационных технологий:

  • при проектировании и изготовлении специальной технологической оснастки с помощью комплекса Power Solution фирмы Delcam plc;
  • при комплексной автоматизации крупных предприятий на основе высокоуровневой САПР Unigraphics NX фирмы EDS.

«САПР и графика» 4'2003