Новости

Информационные технологии для "умного" производства

3 ноября 2007

От проблем к решению

"Суров закон рынка, но это закон" - звучит перефразированная латинская пословица. Производить качественную продукцию в сжатые сроки и с минимальными затратами - задача, которую приходится решать всем промышленным предприятиям. Однако при взгляде практически на многие отечественные машиностроительные предприятия можно заметить, что их производственные мощности соответствуют 80-м годам прошлого столетия и не позволяют изготавливать конкурентоспособную продукцию. В цехах ощущается острая нехватка квалифицированных специалистов. Не менее злободневна и проблема большой длительности процессов разработки изделий и технологической подготовки их производства, которая приводит к неоправданному увеличению затрат и сроков выпуска изделий и, как следствие, к потере конкурентоспособности на рынке. Как правило, большая длительность подготовки производства изделий обусловлена двумя причинами: затратами при передаче и поиске конструкторско-технологической информации о разрабатываемом изделии.

Затраты при передаче информации вызваны тем, что предприятие зачастую не придает должного внимания необходимости внедрения единой системы конструкторско-технологической подготовки производства. В результате все сводится к "лоскутной" автоматизации конструкторских и технологических задач, когда каждое подразделение выбирает себе систему, руководствуясь принципом "нам так удобнее". Это приводит к отсутствию единого формата данных. Создаваемые данные приходится постоянно транслировать из одной системы в другую, что провоцирует возникновение ошибок и затрудняет процесс внесения изменений. Затраты при хранении и поиске информации вызваны схожими причинами - конструкторские и технологические данные хранятся в файловых системах, информация о том, кто, когда и какие конкретно вносил изменения, не сохраняется, теряется история версий объекта. Все это усложняется многоступенчатой процедурой передачи данных в другие подразделения, участвующие в процессе разработки.

Полно и качественно решить эти проблемы позволяет переход на использование комплексной системы разработки изделий - от дизайна изделия, его разработки, производства и до сервисного обслуживания. Это и есть система разработки изделий, предлагаемая американской компанией РТС (Parametric Technology Company). Далее расскажем о системе разработки изделий, которая внедряется в ОАО "Электромашина" специалистами предприятия при поддержке инженерно-консалтинговой компании СОЛВЕР и которая обеспечивает сквозное проектирование изделий и управление данными о них в течение всего жизненного цикла продукции, выпускаемой предприятием.

Справка

ОАО Электромашина, г. Челябинск

ОАО "Электромашина" является основным производителем электрооборудования, систем и комплексов управления для техники специального назначения и железнодорожного транспорта. Предприятием предлагается полный комплекс услуг - поставка запчастей, ремонт и техническое обслуживание электрооборудования. Базовой системой для проектирования и подготовки производства в OAO "Электромашина" выбран программный комплекс Pro/ENGINEER, а в качестве средства управления инженерными данными - система Windchill, которые вместе образуют систему разработки изделий. Внедрение системы осуществлялось специалистами предприятия при поддержке СОЛВЕР на протяжении 18 месяцев. Сегодня предприятие самостоятельно использует систему, создавая качественную продукцию в сжатые сроки и с меньшими затратами.

Инженерно-консалтинговая компания СОЛВЕР (г. Москва, Воронеж),

Инженерно-консалтинговая компания СОЛВЕР содействует российским машиностроительным предприятиям в построении «умного» производства, под которым подразумевается высокоэффективное и высокорентабельное производство. За 14 лет работы компанией выполнены более 385 промышленных проектов. Сегодня компания продвигает концепцию построения «умного» производства - высокоэффективного и высокорентабельного производства. Компания помогает отечественным машиностроительным предприятиям, производящим или желающим производить конкурентоспособную продукцию, делать это более эффективно на основе предлагаемого компанией прогрессивного технологического оборудования, инструмента и программного обеспечения.

В основе - сквозной цикл подготовки производства

Современная методология подготовки производства нового изделия предполагает сквозной цикл "Проектирование изделия - Проектирование оснастки - Разработка управляющих программ - Производство" на основе использования единой трехмерной математической модели изделия. В чем преимущество такого подхода? Во-первых, вся работа строится на базе исходной модели, созданной конструктором. Наличие единой геометрии позволяет исключить ошибки при создании оснастки и управляющих программ, а специализированные, встроенные в систему модули анализа - обеспечить соответствие функциональности проектируемого изделия заданным требованиям еще на этапах разработки изделия, что, несомненно, сказывается на качестве продукции. Во-вторых, единая исходная геометрия позволяет распараллелить работу разработчиков-конструкторов и технологов. Таким образом, технологи имеют возможность приступить к работе еще в процессе проектирования изделия, не дожидаясь окончательного утверждения комплекта конструкторской документации. Несмотря на то что труд инженера - процесс итерационный и в каком то смысле бесконечный (нет предела совершенству!), технологии сквозного проектирования позволяют при необходимости быстро и качественно проводить задуманные разработчиками изменения. В-третьих, процессы проектирования изделия и подготовки производства в современных условиях немыслимы без использования единой корпоративной системы управления конструкторско-технологическими данными, обеспечивающей качественное управление процессами подготовки производства.

Конструкторская подготовка производства

При использовании простых систем автоматизированного проектирования конструктора зачастую не интересуют технологические особенности изготовления деталей и узлов, что часто приводит к браку и последующим дорогостоящим доработкам уже в процессе производства. Во избежание подобных ситуаций необходима согласованная работа конструкторов и технологов, а также учет технологических ограничений еще на начальных этапах разработки изделия. Система сквозного параллельного проектирования и подготовки производства Pro/ENGINEER позволяет учитывать технологические особенности конкретного производства как на этапе конструкторского проектирования, так и при разработке технологии изготовления.

Например, представьте себе обычную ситуацию - конструктор оснастки проектирует пресс-форму на деталь, в модели которой кроме литейных элементов также присутствует множество элементов, получаемых при последующей механической обработке. Иными словами, для того, чтобы спроектировать пресс-форму, необходимо исключить эти элементы. При этом ассоциативная связь между конструкторской моделью и технологической сохраняется. Это, в свою очередь, позволяет управляющей программе при внесении конструктором изменений (если эти изменения не касаются мехобработки) изменяться автоматически. Инструмент наследования обеспечивает "работу" ассоциативной связи в одну сторону - от конструктора к технологу. Изменения же, вносимые технологом, никаким образом не влияют на исходную геометрию. Естественно, для организации эффективной параллельной работы разных подразделений-участников разработки необходимо описать "правила игры": разработать документ (обычно это стандарт предприятия), в котором должны быть описаны правила создания трехмерных моделей, требования к описывающей их атрибутивной информации, обязанности каждого подразделения в общей структуре подготовки производства и т.д. В ОАО "Электромашина" работа по созданию такого стандарта началась в рамках проекта внедрения, совместного с компанией СОЛВЕР, а закончена силами созданного во время проекта бюро САПР предприятия, на плечи которого легли все работы по поддержке и развитию созданной системы разработки изделия и подготовки производства.

Большое значение при коллективной работе имеет правильная организация работы с библиотеками типовых и стандартных компонентов разрабатываемых изделий. Для формирования единого источника данных в рамках предприятия была создана навигационная структура хранилища данных. За многолетний период внедрения Pro/ENGINEER на машиностроительных предприятиях специалистами СОЛВЕР были разработаны библиотеки стандартизованных компонентов, которые легко адаптируются под конкретные требования любого заказчика. Стандартные изделия, такие как подшипники, крепеж и т.п., входящие в эти библиотеки, выполнены ими в соответствии с требованиями ГОСТ, а атрибутивная информация полностью описывает классы точности и прочности, материал, покрытие и т.д. Организация эффективного хранения данных определяется несколькими ключевыми моментами: ▪ Высокой производительностью работы систем Windchill и Pro/ENGINEER. ▪ Наличием единого атрибутивного описания компонентов. ▪ Эффективной навигационной структурой. ▪ Правилами создания новых типов и типоразмеров компонентов. ▪ Требованиями к кодированию компонентов. ▪ Жизненным циклом типового изделия.

Практика показывает, что на каждом предприятии действует определенный ограничительный перечень применяемых стандартных компонентов. И вполне логично, что при применении единого электронного архива данных рядовые пользователи не должны иметь доступа как к созданию новых типов и типоразмеров стандартных компонентов, так и к редактированию уже имеющихся компонентов. В ОАО "Электромашина" решение этих задач лежит на бюро САПР. Если типовой порядок создания компонента архива заключается в генерировании необходимого типоразмера и его сохранении в отдельный файл, то создание другого типоразмера осуществляется простым изменением атрибутивной информации и последующей регенерацией файла. Для каждого типа компонента определен жизненный цикл, процесс согласования и утверждения, описывающий процедуру принятия решения о необходимости его использования, занесения в ограничительный перечень и синхронизации новой информации с существующей на предприятии информационной системой управления предприятием (ERP). Для работы в Pro/ENGINEER под управлением в Windchill пользователю не требуется никакого дополнительного программного обеспечения. Pro/ENGINEER имеет встроенный Web-браузер, посредством которого выполняются открытие, сохранение и другие действия с документами, хранящимися в Windchill. Например, вставка библиотечного компонента в сборку или просто его открытие легко осуществляется перетаскиванием компонента из окна Windchill в окно Pro/ENGINEER. При этом если компонент был предварительно описан, он "сам" автоматически определяет свое положение в конструкции.

Технологическая подготовка производства

Все виды технологической оснастки в "Электромашине" разрабатываются также с использованием Pro/ENGINEER. К ним относятся приспособления, нестандартное оборудование, испытательное оборудование, прессформы и штампы. Разработка всей оснастки выполняется на основе геометрии конструкторской модели и ассоциативно связана с ней. В ходе проекта внедрения специалистами предприятия уже в течение первого месяца были разработаны пять пресс-форм с использованием трехмерных моделей, формообразующие компоненты которых впоследствии изготавливались на станках с ЧПУ. Разработка управляющих программ для изготовления деталей на станках с ЧПУ выполняется на предприятии также в Pro/ENGINEER под управлением Windchill. Все управляющие программы так же, как и оснастка, разрабатываются на основе конструкторской модели, которая используется в качестве базы для всех операций обработки. При создании технологом-программистом объектов обработки траектории движения инструмента ссылаются на выбранные конструктивные элементы детали, поверхности и кромки модели. Таким образом, устанавливается ассоциативная связь между моделью изделия и заготовкой. При любой модификации модели все ассоциативно связанные с ней операции обработки обновляются. "Электромашина" имеет современный парк станочного оборудования с ЧПУ, в том числе поставленного компанией СОЛВЕР. Поэтому внедрение современных технологий в области разработки управляющих программ позволяет предприятию использовать это оборудование максимально эффективно. Следующим шагом в области внедрения современных технологий предприятие видит освоение программного комплекса Vericut. Этот комплекс позволяет моделировать процессы обработки деталей на станках с ЧПУ с целью обнаружения возможных ошибок в траектории режущего инструмента, столкновений рабочих органов станка, а также повысить эффективность использования металлорежущих станков. При этом вся работа в Vericut ведется с использованием управляющей программы в G-кодах - т.е. в Vericut учитываются и особенности управляющей стойки станка, и особенности его кинематики. Использование Vericut обеспечивает сокращение процента брака и доработок, оптимизацию режимов резания, сокращение времени обработки, продление срока службы режущего инструмента, повышение качества обрабатываемых поверхностей, а также позволяет еще до запуска детали в производство устранить ошибки, которые впоследствии могут привести к поломке оснастки, инструмента или станка.

Управление процессами технологической подготовки

В ОАО "Электромашина" технологические процессы разрабатываются с использованием программного обеспечения КОМПАС Автопроект, файлы которого представлены в формате "zip". Формирование визуального представления технологического процесса выполняется в приложении MS Office Excel. Поскольку для согласования и утверждения необходима только визуальная информация, данные КОМПАС Автопроект автоматически преобразовываются в формат "pdf" и в этом формате передаются на хранение в Windchill. Преимуществом этого формата является то, что он позволяет использовать возможности электронной подписи, создание текстовых и графических замечаний на поле документа и возможность просмотра на любом рабочем месте. Для управления технологическими инструкциями создана специальная библиотека "Технологические процессы", где организуются их хранение, согласование и утверждение, ограничение по правам доступа и поиск. Стоит отметить, что любые библиотеки формируются, в первую очередь, в соответствии с регламентом доступа к рабочим данным. Например, конструктор изделия не имеет доступа к библиотеке технологических процессов или управляющих программ, однако имеет возможность просмотра отдельных, необходимых документов. В создании интегрированной информационной среды понятие жизненного цикла является определяющим. Практически на каждый объект, будь то чертеж, модель, документ или др., назначается свой жизненный цикл, в соответствии с которым он изменяется, последовательно переходя из одного состояния в другое. Жизненный цикл в Windchill представляет собой набор этапов, ассоциированных с рабочими потоками и описывающих логику работы с объектом. В качестве инструмента моделирования применялось программное обеспечение ARIS Toolset немецкой компании IDS Sheer - мирового лидера в области разработок инструментальных средств анализа и реорганизации бизнес-процессов. В ходе выполнения проекта был выполнен анализ существующего бизнес-процесса подписания, согласования и утверждения технологической документации. В ходе анализа стандарта предприятия и проведенного опроса сотрудников технологических подразделений были определены основные этапы и роли участников процесса. На основе полученных данных была разработана модель существующего бизнес-процесса в состоянии "как есть". Эта модель характеризовалась большим количеством этапов и последовательностей процесса согласования, требующего значительных временных затрат. Современные системы управления инженерными данными позволяют значительно, в несколько раз, сократить время утверждения документации и увеличить время для ее качественной обработки. Это стало возможным благодаря передаче данных с почти мгновенной скоростью, а также за счет постоянного контроля выполнений заданий исполнителями и параллельности согласования информации. На основе этой модели бизнес-процесса был создан вариант модели для состояния "как надо" при внедрении информационной системы управления Windchill. Действия участников процесса согласования технологической документации были выделены в отдельные блоки, которые определили основные этапы жизненного цикла технологического процесса. При этом для максимального сокращения сроков разработки документации работы по согласованию с различными службами предприятия были распараллелены. Для обеспечения процесса согласования технологической документации был создан жизненный цикл объекта "Технологический процесс". Шаблон его жизненного цикла состоит из пяти этапов: "В работе", "На нормоконтроле", "На техконтроле", "На рассмотрении" и "Сдано в архив". На этапе "В работе" происходит разработка технологического процесса (совместно с сотрудниками технологических служб), присвоение сотрудником отдела стандартизации обозначения техпроцессу, проверка техпроцесса ведущим технологом и начальником технологического бюро ОГТ. При необходимости проведения исправлений и доработок предусмотрен возврат документации исполнителю и повторная проверка. На этапе "На нормоконтроль" производится контроль соответствия требованиям нормативной документации. При необходимости проведения исправлений и доработок предусмотрен возврат документации исполнителю и ее повторная проверка. На этапе "На техконтроль" осуществляются проверка технологического процесса технологическими службами (технологами по механической обработке, сварке, гальваническим покрытиям, литью и термообработке) и его утверждение заместителем начальника технического отдела. Перед проверкой для разработчика реализована возможность выбора согласующих технологов в соответствии со спецификой технологического процесса. На этапе "На рассмотрении" происходит согласование технологического процесса с начальником технологического бюро цеха, начальником бюро технического контроля, сотрудником отдела главного метролога и заместителем директора по качеству. В рамках проекта с целью более полной демонстрации технологий Windchill по автоматизации документооборота для этого этапа были разработаны два варианта шаблона рабочего потока, отличающихся друг от друга порядком распределения заданий и различными подходами к моделированию рабочих потоков. Отметим, что возможности Windchill позволяют автоматизировать процессы согласования не только конструкторской или технологической документации, но и любых других документов. Например, специалисты бюро САПР предприятия по окончании проекта уже своими силами автоматизировали процесс согласования договоров ОАО "Электромашина". Это, во-первых, позволило сократить длительность процессов, а во-вторых, обеспечило возможность отслеживания состояния процесса - в какой службе находится договор на согласовании, сколько времени на это уже ушло и т.п.

Результаты внедрения

Одним из главных результатов выполненного проекта является то, что на предприятии сформирована высококвалифицированная команда, способная решать комплекс задач по внедрению информационных технологий в области конструкторско-технологической подготовки производства. Среди этих задач - осуществление технической поддержки системы, проведение обучения пользователей, разработка необходимых стандартных компонентов и специализированных приложений, дополняющих возможности имеющегося программного обеспечения и т.д. Специалистами бюро САПР "Электромашины" совместно с сотрудниками компании СОЛВЕР созданы единые корпоративные стандарты в области использования системы автоматизированного проектирования Pro/ENGINEER и системы управления жизненным циклом изделия Windchill, которые позволяют систематизировать имеющийся опыт и эффективно использовать его в дальнейших разработках. Сегодня Pro/ENGINEER пока еще используется не на всех этапах разработки изделия и подготовки производства, но уже сейчас на предприятии отмечено заметное повышение качества проектируемых изделий за счет того, что значительная часть ошибок в конструкторской документации выявляется на стадии технологической подготовки производства до изготовления изделий "в металле". Внедрение Системы разработки изделия - это итерационный процесс, и система будет развиваться в ОАО "Электромашина" дальше, помогая по-умному организовывать подготовку производства и обеспечивать конкурентоспособность выпускаемой продукции.