Читать онлайн Совершенствование процесса изготовления сложных изделий с использованием PDM-систем бесплатно
Введение
Развитие мирового рынка, в котором можно получить практически мгновенный доступ к информации о любом изделии вызывает резкий рост конкуренции между машиностроительными предприятиями. Создание интегрированной системы управления производством, как основы управления всем предприятием – один из инструментов, обеспечивающих эффективность управления.
Инженерно-техническая информация принадлежит к числу наиболее ценных активов предприятия. В последнее время, в связи с переходом от серийного планового производства к мелкосерийному позаказному, значительно возросла номенклатура выпускаемых предприятиями изделий, что привело к многократному росту объема инженерно-технической информации. В условиях конкуренции предприятия вынуждены постоянно совершенствовать выпускаемые изделия, что ведет к появлению большого количества их модификаций и исполнений, производство которых необходимо планировать, решая задачи оптимизации затрат с учетом требований заказчиков. Эффективная работа предприятия невозможна без единого информационного пространства в рамках всего предприятия или нескольких предприятий, ведущих совместную работу над изделиями. В качестве подобного интегрирующего звена должна выступать PDM-система, обеспечивающая решение задач, связанных с управлением данными об изделии на протяжении всего жизненного цикла, от замысла, постановки, требований на изделие, его проектирования и подготовки производства до автоматизации процессов послепродажного технического обслуживания и ремонта; объединяющая результаты деятельности всех подразделений и связывающая все существующие на предприятии автоматизированные системы [38, 89].
Таким образом, совершенствование процесса изготовления сложных изделий с использованием PDM-систем для машиностроительных предприятий обосновывают высокую теоретическую и практическую значимость.
В пособии рассматриваются пути совершенствования процесса изготовления сложных изделий с использованием PDM-систем и их практическая реализации на примере конкретного машиностроительного предприятия – ОАО «ПО «Стрела» с использованием PDM-системы Teamcenter Engineering:
– модель управления конструкторско-технологическими данными при разработке полного электронного описания изделий авиационной техники на ОАО «ПО «Стрела», включающая положение Управления информационными технологиями для формирование единого информационного пространства в рамках предприятия, алгоритм безбумажного выпуска конструкторско-технологических документов машиностроительного предприятия и технологию безбумажного выпуска конструкторско-технологических документов в системе Teamcenter Engineering;
– процесс выпуска конструкторско-технологической документации в Teamcenter Engineering на ОАО «ПО «Стрела», включающий иерархическую модель структуры размещения информации в среде и типовые сценарии работы в среде Teamcenter Engineering инженерно-технических специалистов машиностроительного предприятия.
Цель данного пособия – дать студентам научное представление о новых информационных технологиях в машиностроении и об их практическом применении.
Все главы построены по единому принципу: вначале дается перечень тем, которые будут представлены в главе, затем приводятся теоретические сведения и практические разработки, заканчивает главу перечень контрольных вопросов, который позволит преподавателям осуществлять систематический контроль за усвоением материала.
Материал учебного пособия соответствует образовательным стандартам по направлениям подготовки 230100.62 Информатика и вычислительная техника по профилю «Системы автоматизированного проектирования» при изучении дисциплин «Проектирование автоматизированных производств» (разделы 6, 7), «Разработка систем автоматизированного проектирования» (раздел 4), «Базы данных» (раздел 1) и 220700.68 Автоматизация технологических процессов и производств по магистерской программе «Автоматизация технологических процессов» при изучении дисциплин «Автоматизированные технологические процессы машиностроения» (разделы 2, 3), «Интегрированная логистическая поддержка продукции на этапах жизненного цикла» (раздел 3).
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России 2009-2013 годы», проект № 14.B37.21.0697 «Повышение эффективности производства авиационной техники на ОАО «ПО «Стрела».
1 Теоретические основы применения новых информационных технологий в машиностроении
1.1 Стратегия, концепция и принципы автоматизированных информационных систем, поддерживающих жизненный цикл изделия
1.2 Технология управления данными об изделии в течение его жизненного цикла
1.3 Teamcenter – пакет масштабируемых программных решений для поддержки жизненного цикла изделий
1.1 Стратегия, концепция и принципы автоматизированных информационных систем, поддерживающих жизненный цикл изделия
Глобализация мирового промышленного рынка вносит существенные изменения в традиционный процесс машиностроительного производства наукоемких изделий. Уже никого не нужно убеждать в том, что повышение конкурентоспособности предприятия напрямую связано с управлением одним из стратегических ресурсов – информацией о продукции. Требования к качеству изделий постоянно растут, а жизненный цикл изделия становится короче, номенклатура шире, а объем выпуска – меньше. Вопрос состоит в том, чтобы устранить существующие на предприятиях недостатки в управлении и использовании этой информации и правильно использовать современные решения в данной области. Подходы, применяемые в управлении информацией о продукции, получили сначала наименование CALS-технологии, затем – PLM (Product Lifecycle Management), рисунок 1.1.
CALS – это аббревиатура, которая сменила несколько значений. На настоящий момент придерживаются мнения, что CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support) – непрерывная информационная поддержка жизненного цикла изделий [2, 4, 7-9, 13, 17, 19-20, 22, 24, 27-30, 32, 34, 40-46, 49-50, 56, 60, 62, 68, 70, 72, 75].
Рисунок 1.1 – Product Lifecycle Management – управление жизненным циклом продукции
Идея CALS родилась в 80-е годы в оборонном комплексе США. Министерство обороны рассчитывало, используя CALS как стратегию экономического, научно-технического развития, снизить время на разработки сложных систем вооружения; ограничить стоимость поддержки изделий и комплексов в эксплуатации, которая может длиться 40 и более лет, при этом затраты на эксплуатацию могут намного превосходить затраты на закупку изделий и комплексов; более эффективно осуществлять закупки военной техники и решать другие задачи, обеспечивая обмен информационными потоками по всему жизненному циклу сложных наукоемких изделий промышленности. Учитывая, что такие задачи специфичны не только для вооружений, CALS быстро распространилась и на другие отрасли промышленности не только в США, но и во всех развитых странах мира [6].
В Советском Союзе в 80-е годы концепция интегрированной компьютеризации использовалась при создании авиационно-космической системы «Энергия-Буран» (генеральный конструктор – академик АН СССР В.П. Глушко) [3].
Принципы CALS использовались в разрабатываемом по инициативе НПО «Молния» (генеральный конструктор – д-р техн. наук Г.Е. ЛозиноЛозинский, генеральный директор канд. техн. наук А.С. Башилов) совместно с научными центрами ЦАГИ, ЛИИ, ЦИАМ, ВИАМ, НПО «Энергомаш» и другими участниками проекта Многоцелевой авиа-космической системы (МАКС). Воздушным стартом МАКС служит широкофюзеляжный самолет Ан-225 («Мрия»), созданный на базе самолета Ан-124 («Руслан») – генеральный конструктор – академик АН СССР О.К. Антонов. «Мрия» создавалась в рамках проекта «энергия-Буран» [3].
CALS базируется на локальных системах CAD/CAM/CAE (Computer Aided Design – система инженерного проектирования/Computer Aided Manufacturing – система автоматизированного производства/Computer Aided Engineering – система инженерного анализа) и др. при разработке, производстве, эксплуатации сложной наукоемкой техники, которая требует создания, преобразования, передачи между различными участниками жизненного цикла изделий больших объемов технической информации [26]. Уже сейчас стало ясно, что локальная компьютеризация отдельных видов деятельности не оправдывает возлагаемых на нее надежд в связи с тем, что первые реализации информационных технологий представляли собой попытки внедрения качественно новых сред в традиционную технологическую среду. Эти попытки либо полностью отторгались, либо адаптировались к среде таким образом, что эффект от использования их был велик [6].
В мировой практике считается, что CALS-технология – это высокоэффективная технология ХХI столетия в создании наукоемких изделий машиностроения.
Принципиальное свойство CALS-технологии состоит в том, что все этапы жизненного цикла связаны информационно в единый непрерывный процесс. Другими словами, этапы: разработка концепции и определение сегмента рынка, научные расчетно-экспериментальные исследования, проектирование, натурные испытания, производство, сертификация, логистическая поддержка и документирование для эксплуатации – все этапы сквозным образом «провязаны» электронным (безбумажным) обменом данными на сетевых структурах и соблюдением стандартов [26].
Ядром построения интегрированного по всем этапам информационного поля являются полное электронное определение изделия (самолета, вертолета, танка, корабля, и т.п.) и программная система PDM (Product Data Management) для управления всеми данными об изделии.
Важнейшей проблемой является создание электронного документирования для эксплуатации изделия с соблюдением стандартов при передаче изделия заказчику. Здесь без CALS-технологии сделать электронную документацию невозможно, так как эта документация в электронном виде готовится на всех этапах жизненного цикла [6].
Реализация в полной мере характеристик оборудования нового поколения не возможна без комплексной автоматизации проектирования и производства. Интегрированные средства САПР должны обеспечивать автоматизацию проектирования и конструирования, приводящую к созданию электронных моделей изделий, а также составляющих их агрегатов и деталей. Именно электронные модели, обеспечивая информационное единство всех работ, дает возможность их оперативного и точного исполнения. Новое поколение технологических компонентов САПР, функциональность и эффективность которых неуклонно повышается, обеспечивает оперативное формирование управляющих программ для оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), отвечающих требованиям высокопроизводительной обработки [58].
Таким образом, в настоящее время намечены новые рубежи научнотехнического прогресса, предполагающие проведение большого комплекса научно-исследовательских работ, обеспечивающих конкурентоспособность воздушных судов нового поколения.
По инициативе президента Российского союза промышленников и предпринимателей (РСПП) А.И. Вольского в 2001 году была создана Российская ассоциация разработчиков и пользователей ИПИ-технологий на принципах CALS (руководитель профессор А.Г. Братухин), которая в июле 2002 года провела первое всероссийское совещание по проблемам ИПИ/ CALS-технологий в Федеральном научно-производственном центре «ММПП «Салют». В последующем возникли ассоциации, советы и другие организации по CALS [6].
Концепция, принципы CALS на основе анализа международного опыта, деятельности передовых российских предприятий и объединений сводятся к следующему.
1 Интегрированная компьютеризация.
Не локальная, а интегрированная компьютеризация при проведении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ; оценке технического уровня изделий; маркетинговых исследованиях; составления технического задания; проектировании; конструировании; технической подготовке производства; организации и управлении серийным производством; материально-техническом снабжении; сертификации;
поставках; эксплуатации; гарантийном и послегарантийном обслуживании;
ремонте, устранении неисправностей; модернизации; капитальновосстановительном ремонте; демонтаже и утилизации изделий; непрерывной подготовке и переподготовке кадров конструкторов, технологов, организаторов производства, специалистов служб контроля и качества, представителей заказчика продукции, а так же специалистов маркетинга, сбыта, материально-технического обеспечения, основных поставщиков материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий, нормализованных элементов, крепежных изделий.
Этот принцип определяет возможность обеспечения конкурентоспособности продукции, высокого качества изделий наукоемкой промышленности.
2 Информационная среда.
Единая информационная среда, интеллектуальная компьютерная среда в электронной форме для всех участников жизненного цикла изделий с использованием:
– корпоративной сети Internet для структурирования и распространения информации, выполнения электронных транзакций в пределах компании;
– локальных вычислительных сетей (групп компьютеров, серверов и других устройств, объединенных в сеть и расположенных на небольшом расстоянии друг от друга);
– глобальной сети Internet, исключающей человека в качестве главного информационного канала при передаче данных по этапу жизненного цикла изделия с применением CAD/CAM/CAE-систем, обеспечивающих автоматизированное проектирование, производство, инженерные расчетные исследования.
3 Соответствие стандартам.
Гармонизация разрабатываемых и корректируемых нормативнотехнических документов с требованиями: а) международных стандартов в области информационных технологий:
– ISO 10303 (STEP – Standard for Exchange of Product data) – обмен информацией, в том числе между CAD/CAM-системами управления проектами, представления данных об изделии для управления изменениями в конструкторско-технологической информации об изделии в условиях виртуального предприятия, функционирующего в Internet, и др.;
– ISO 8879 (SGML – Standard Generalized Markup Language) – общее описание текстовой информации, стандарт представления текста; ISO 15531 (MANDATE) – представление производственных данных;
– ISO 9735 (EDIFACT) – обмен данными в управлении;
– ISO 13584 (PLIB) – обмен данными в области управления обработки информации о комплектующих как машиностроения, так и электроники;
– ISO 10179 – определяющий странично-ориентированный формат документов, как отображаемых, так и печатаемых, включая описания шрифтов, форматирование текста, разметку документов;
– и других стандартов ISO;
б) федеральных стандартов по обработке информации США (FIPS): FIPS 183 (IDEF/0), FIPS 184 (IDEF/IX) – общее описание модели жизненного цикла изделия;
в) защиты данных, включая алгоритмы шифрования и управления ключами;
г) военных стандартов США (MIL-STD) – общие правила цифрового обмена информацией; (MIL-HDBK) – процессы и методы формализации данных об изделиях и процессах;
а так же с нормативными требованиями:
д) ARINC (Aeronautical Radio, Inc) – корпорации, занимающейся эксплуатацией полетов;
е) ICAO (International Civil Aviation Organization) – международной организации гражданской авиации;
ж) SAE (the Engineering Society for Advancing Mobility Land Sea Air and Space) – общество инженеров транспорта;
и) AECMA (European Association of Aerospace Industries) – Европейской организации представителей авиационно-космической техники и др.
4 Электронное определение изделия.
Обеспечивает непрерывную информационную поддержку изделия в течение всего его жизненного цикла. Основой электронного определения изделия является безбумажное представление информационной модели изделия (электронная модель), включающее все данные о нем с учетом международных стандартов.
Такой подход позволяет связать в единую систему все службы предприятия, участвующие в проектировании и создании нового изделия, технологической подготовке и его серийном производстве, а так же службы, обеспечивающие снабжение, поставку продукта и его сервисную поддержку, ремонт, модернизацию, утилизацию изделий.
Полное электронное определение изделий (Electronic Product Definition), электронная модель изделий (летательные аппараты, корабли и другие технически сложные промышленные изделия) – пространственная увязка сборных изделий без изготовления физических плазов макетов поверхности изделий; технологии оптимизации конструктивных, технологических функциональных, эксплуатационных свойств изделий в режиме параллельного проектирования (CE – Concurrent Engineering); технологии управления конфигурацией изделий в процессе разработки, производства и эксплуатации изделий.
Основу электронной модели составляет трехмерная геометрическая модель, созданная средствами систем 3D-моделирования на базе применяемых моделей поверхностей теоретических обводов и конструкторской документации.
Электронная модель (ЭМ) наукоемкого изделия промышленности – одно из основных средств повышения эффективности проектирования, производства и сопровождения изделий на протяжении всего жизненного цикла.
Разновидностью электронной модели изделия (ЭМИ) является электронный макет (ЭМК), предназначенный для оценки взаимодействия составных частей макетируемого изделия или изделия в целом с элементами производственного и эксплуатационного окружения. ЭМК разрабатывается на проектных стадиях и не предназначается для изготовления по нему изделий, и, как правило, не содержит данных для изготовления и сборки изделий.