ДонНТУ   Портал магистров

Грищенко Ирина Николаевна

Факультет инженерной механики и машиностроения

Кафедра технологии машиностроения

Специальность Информационные технологии машиностроения

Исследование рациональной структуры и конфигурации информационных систем для технической подготовки производства

Научный руководитель: к.т.н., проф. Горобец Игорь Алексеевич

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Основные понятия САПР и CALS-технологий
• 2. Актуальность темы
• 3. Цель и задачи работы
• 4. Анализ существующих типов предприятий
• Предварительные выводы
• Список источников

Введение

Научно-технический прогресс проявляется в том, что в нашей жизни появляются изделия с лучшими техническими характеристиками. Проектирование таких изделий – основная задача конструкторов и технологов инженерного корпуса предприятий.

Создание новых изделий состоит из нескольких этапов, начиная от поиска физических эффектов, обеспечивающих принципиальную реализацию замысла и формирования замысла, до расчета и обоснования, создание опытного образца и разработки технологии промышленного изготовления.

Поиск решений задачи – самый трудный и интеллектуальный этап. В настоящее время он требует наличия банка данных и умений инженеров использовать хранящуюся в нем информацию для поиска технических решений. Увеличение производительности труда разработчиков новых изделий, сокращение сроков проектирования, повышение качества разработки проектов – важнейшие проблемы, решение которых определяет уровень ускорения научно-технического прогресса общества. Развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) опирается на прочную научно-техническую базу. Это – современные средства вычислительной техники, новые способы представления и обработки информации, создание новых численных методов решения инженерных задач и оптимизации. Системы автоматизированного проектирования дают возможность на основе новейших достижений фундаментальных наук отрабатывать и совершенствовать методологию проектирования, стимулировать развитие математической теории проектирования сложных систем и объектов.

1. Основные понятия САПР и CALS-технологий

Под автоматизацией проектирования понимают систематическое применение ЭВМ в процессе проектирования при научно обоснованном распределении функций между проектировщиком и ЭВМ и научно обоснованном выборе методов машинного решения задач.

Цель автоматизации проектирования – повысить качество проектирования, снизить материальные затраты на него, сократить сроки проектирования и ликвидировать рост числа инженерно-технических работников, занятых проектированием и конструированием.

Научно обоснованное распределение функций между человеком и ЭВМ подразумевает, что человек должен решать задачи, носящие творческий характер, а ЭВМ – задачи, решение которых поддается алгоритмизации [6].

В соответствии с ГОСТ 23501.101-87, САПР – это организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи комплекса средств автоматизированного проектирования (КСАП).

САПР – система, объединяющая технические средства, математическое и программное обеспечение, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач инженерного проектирования и конструирования. В САПР обеспечивается удобство использования программ за счет применения средств оперативной связи инженера с ЭВМ, специальных проблемно-ориентированных языков и наличия информационно-справочной базы.

Структурными составными и составляющими САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Это выделенные по некоторым признакам части САПР, обеспечивающие выполнение некоторых законченных проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов.

В соответствии с ГОСТ 23501.108-85 САПР классифицируют по [8]:

• тип/разновидность и сложность объекта проектирования;
• уровень и комплексность автоматизации проектирования;
• характер и количество выпускаемых документов;
• количество уровней в структуре технического обеспечения.


Рисунок 1 – Классификация САПР

В настоящее время одной из успешных моделей ведения современного бизнеса в мировой практике является использование CALS-технологий.

Под аббревиатурой CALS (Continuous Acquisition and Life-Cycle Support) понимают непрерывное интегрированное информационное обеспечение участников жизненного цикла изделия данными об изделиях, связанными с ними процессами и средой преимущественно в электронном виде. Прежде всего, CALS – бизнес-стратегия интеграции информационных процессов между участниками жизненного цикла изделия (заказчиков, разработчиков, производителей, поставщиков, эксплуатационных, обслуживающих и ремонтных предприятий, предприятий по утилизации) с целью обеспечить их необходимыми для бизнеса данными об изделии и связанными с ним процессами и средой. Несмотря на наличие слова Support в названии CALS – это именно обеспечение, а не поддержка. И для систем интегрированной логистической поддержки жизненного цикла изделий, и для создателей изделий с переходом на электронное проектирование CALS становится неотъемлемой системообразующей частью обеспечения работ [4].

В контексте современного ведения успешного бизнеса назначением CALS-технологий является представление необходимой информации в нужное время, в нужном виде, в конкретном месте любому пользователю на всех этапах жизненного цикла изделия.

Одной из важных задач создания и успешного внедрения CALS-технологий является обеспечение единообразных описаний и смысловой интерпретации данных независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. При этом структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, понятийный аппарат и языки представления данных должны быть стандартизованы [10].

Суть бизнес-концепции CALS состоит в применении принципов и технологий информационной поддержки на всех стадиях ЖЦ продукции, основанного на использовании ИИС, обеспечивающей единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции, поставщиков (производителей) продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала. В ИИС информация создается, преобразуется, хранится и передается от одного участника ЖЦ к другому при помощи прикладных программных средств, к которым относятся системы CAD / CAE /CAM, PDM, MRP/ERP, SCM и др., рис.2. Здесь ЖЦ изделия представлен в виде линейки от маркетинговых исследований и до утилизации объекта.



Рисунок 2 – Структура CALS и кореляция этапов жизненного цикла изделий

Поскольку реализация CALS-технологий подразумевает использование ИТ включающие компьютерное оборудование и программные средства, то все программные продукты, используемые в CALS-технологиях, можно разделить на две большие группы:

1. программные продукты, используемые для создания и преобразования информации об изделиях, производственной среде и производственных процессах, применение которых не зависит от реализации CALS-технологий;

2. программные продукты, применение которых непосредственно связано с CALS-технологиями и требованиями соответствующих стандартов.

К первой группе относятся программные продукты, традиционно применяемые на предприятиях различных отраслей промышленности и предназначенные для автоматизации различных информационных и производственных процессов и процедур.

К этой группе принадлежат следующие программные средства и системы:

• подготовки текстовой и табличной документации различного назначения (текстовые редакторы, электронные таблицы и т. д. - офисные системы);
• автоматизации инженерных расчетов и эскизного проектирования (САЕ-системы);
• автоматизации проектирования и изготовления рабочей конструкторской (проектной) документации (CAD-системы);
• автоматизации технологической подготовки производства (САМ-системы);
• автоматизации планирования производства и управления процессами изготовления изделий, запасами, производственными ресурсами, транспортом и т. д. (системы MRP/ERP);
• идентификации и аутентификации информации (средства ЭЦП).

Ко второй группе принадлежат программные средства и системы:

• управления данными об изделии и его конфигурации (системы PDM - Product Data Management);
• управления проектами (Project Management);
• управления потоками заданий при создании и изменении технической документации (системы WF - Work Flow);
• обеспечения информационной поддержки изделий на постпроизводственных стадиях ЖЦ;
• функционального моделирования, анализа и реинжиниринга бизнес-процессов [2].

Как видно из рис.2 CALS-технологии – это современная бизнес-модель производства, которая базируется на фундаменте CAD/CAM/CAE/PLM систем.

CAD/CAM/CAE-системы занимают особое положение среди других приложений, поскольку представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM/CAE-систем. За последние годы CAD/CAM/CAE-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и экономит на стоимости изготовления физического прототипа [5].

CAD-системы (сomputer-aided design компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.

CAM-системы (computer-aided manufacturing компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

САЕ-системы (computer-aided engineering поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа [1].

PLM (Product Lifecycle Management – управление жизненным циклом продукции) представляет собой методологию применения современных информационных технологий для повышения конкурентоспособности промышленных предприятий, причем упор делается на управление данными об изделии. Применение PLM основано на использовании интегрированных моделей данных об изделии и бизнес-процессов предприятия. PLM предполагает новые методы работы с информацией об изделии, позволяя тесно увязать ее с процессами, обеспечивая одновременный доступ к данным различных категорий сотрудников, позволяя в полной мере реализовать принципы параллельного проектирования изделий [9].

Жизненный цикл промышленных изделий (ЖЦИ) включает ряд этапов, начиная от зарождения идеи нового продукта до его утилизации по окончании срока использования. Основные этапы жизненного цикла промышленной продукции представлены на рис.2. К ним относятся этапы проектирования, технологической подготовки производства (ТПП), собственно производства, реализации продукции, эксплуатации и, наконец, утилизации (в число этапов жизненного цикла могут также входить маркетинг, закупки материалов и комплектующих, предоставление услуг, упаковка и хранение, монтаж и ввод в эксплуатацию).

Рассмотрим содержание основных этапов ЖЦИ для изделий машиностроения.

На этапе проектирования выполняются проектные процедуры – формирование принципиального решения, разработка геометрических моделей и чертежей, расчеты, моделирование процессов, оптимизация и т.п.

На этапе подготовки производства разрабатываются маршрутная и операционная технологии изготовления деталей, реализуемые в программах для станков ЧПУ; технология сборки и монтажа изделий; технология контроля и испытаний.

На этапе производства осуществляются: календарное и оперативное планирование; приобретение материалов и комплектующих с их входным контролем; механообработки и другие требуемые виды обработки; контроль результатов обработки; сборка; испытания и итоговый контроль.

На постпроизводственных этапах выполняются консервация, упаковка, транспортировка; монтаж у потребителя; эксплуатация, обслуживание, ремонт; утилизация.

На всех этапах жизненного цикла имеются свои целевые установки. При этом участники жизненного цикла стремятся достичь поставленных целей с максимальной эффективностью. На этапах проектирования, ТПП и производства нужно обеспечить выполнение требований, предъявляемых к производимому продукту, при заданной степени надежности изделия и минимизации материальных и временных затрат, что необходимо для достижения успеха в конкурентной борьбе в условиях рыночной экономики. Понятие эффективности охватывает не только снижение себестоимости продукции и сокращение сроков проектирования и производства, но и обеспечение удобства освоения и снижения затрат на будущую эксплуатацию изделий. Особую важность требования удобства эксплуатации имеют для сложной техники, например, в таких отраслях, как авиа- или автомобилестроение.

Достижение поставленных целей на современных предприятиях, выпускающих сложные технические изделия, оказывается невозможным без широкого использования автоматизированных систем (АС), основанных на применении компьютеров и предназначенных для создания, переработки и использования всей необходимой информации о свойствах изделий и сопровождающих процессов. Специфика задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла изделий, обусловливает разнообразие применяемых АС [3].

2.Актуальность темы

В настоящее время на Украине большинство предприятий переходят на эффективные рельсы автоматизации своего производства. Сегодня трудно представить себе предприятие, занимающееся проектированием наукоемкого, высокотехнологичного оборудования, где бы конструктор выполнял свою работу по старинке, за доской кульмана.

До последнего времени в Украине концепция автоматизации труда конструктора базировалась на принципах геометрического моделирования и компьютерной графики. При этом, системы компьютеризации труда конструкторов, технологов, технологов - программистов, инженеров - менеджеров и производственных мастеров развивались автономно и инженерные знания - основа проектирования, оставались вне компьютера. Однако, такое положение не удовлетворяет современным требованиям к автоматизации. Сейчас в Украине необходим комплексный подход к технической подготовке производства на всех этапах жизненного цикла изделий, которая решается CALS инструментами. Традиционные САПР с их геометрическим, а не информационным ядром, не могут явиться основой для создания таких систем. Сегодня каждое изделие в процессе своего жизненного цикла должно представляться в компьютерной среде в виде иерархии информационных моделей, составляющих единое целое и имеющих соподчиненность.

В промышленном производстве Украины существует жесткая конкуренция. Чтобы выжить в этих нелегких условиях предприятиям приходится как можно быстрее выпускать новые изделия, снижать их себестоимость и повышать качество. В этом им помогают современные инструменты САПР, позволяющие облегчить весь цикл разработки изделий — от выработки концепции до создания опытного образца и запуска его в производство. Поэтому сейчас без САПР не обходится ни одно конструкторское или промышленное предприятие. И хотя на долю указанных систем приходится лишь около 3% рынка ПО, они играют очень важную роль, поскольку помогают создавать товары, без которых невозможно представить нашу повседневную жизнь: автомобили, самолеты, бытовые приборы, промышленное оборудование.

На данный момент одним из наиболее мощных САПР являются – Dassault Systemes (которая продвигает ее вместе с IBM), АСКОН (Россия) и AutoDesc (США). Главная особенность САПР, указанных производителей – обширные функциональные возможности, высокая производительность и стабильность работы. Важную роль в становлении среднего класса САПР сыграли два ядра твердотельного параметрического моделирования ACIS и Parasolid, которые появились в начале 90-х годов и сейчас используются во многих ведущих САПР.

Сегодня в Украине лидирующими компаниями по применяемости в области САПР среднего уровня сложности – является Autodesk и АСКОН с программными продуктами AutoCAD и КОМПАС, соответственно [7].

3. Цель и задачи работы

Целью данной работы является: повышение эффективности использования CAD/CAM/ PLM путем выбора рациональной структуры систем для различных типов предприятий.

Основные задачи исследований:

• анализ существующих типов производственных предприятий и их классификации;
• анализ технических характеристик САПР и PLM-систем;
• экспериментальные исследования.

4. Анализ существующих типов предприятий

В настоящее время существует более 200 САПР разного уровня и разных производителей. В связи с этим перед многими предприятиями появляется непростая задача выбора того или иного САПР. Критериями выбора САПР для предприятий являются функциональные возможности и технические характеристики САПР, а ограничением – стоимость владения.

Второй существенной задачей предприятий в сфере технической подготовки производства является хранение электронных документов по проектам: рабочих и сборочных чертежей, спецификации, расчётов, технологических процессов изготовления и сборки изделий. Такое электронное хранилище должно обладать характеристиками: быстрый поиск документации по атрибутам, надёжное и упорядоченное хранение электронных документов, возможность электронного согласования и проведения изменений, наличие электронно-цифровой подписи. Перечисленные свойства позволят не только хранить текущую информацию об объекте, но и управлять жизненным циклом объекта (от его зарождения и до утилизации).

Поэтому предлагаю все производственные предприятия в нашей стране разделить на две большие группы: промышленные предприятия и проектные организации. Но поскольку они все разные, нельзя сказать, что для всех предприятий подойдёт одна и та же CAD/CAM/PLM система, а значит возможно деление предприятий на три ступени (большие, средние, мелкие) основываясь на численность в конструкторском и технологическом отделах.

Проведём анализ необходимых функций CAD/CAM/PLM систем:

• крупные – оптимизация существующих процессов;
• средние – повышение эффективности за разумные деньги и короткие сроки;
• мелкие – низкая цена продукта, минимум платных услуг.


Схема 1 – Классификация производственных предприятий
(анимация: 9 кадров, 5 циклов повторения, 119 килобайт)
(x_i – входные сигналы, y_i – биты кода состояния, z_i – выходные сигналы)

Предварительные выводы

Предприятия Украины разнообразны как по количеству работающих, так и по видам деятельности. Поэтому невозможно внесение рекомендаций по выбору аналогичных САПР. Для подтверждения результатов предварительных теоретических исследований планируется проведение:

• экспериментальных исследований для выяснения потребностей предприятий и их классификации;
• дополнительных теоретических исследований по анализу рациональных структур CAD/CAM/PLM систем для различных видов предприятий;
• разработки методики выбора CAD/CAM/PLM систем для различных типов и видов предприятий.

При написании реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: январь 2015 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

1. Александр Глинских. Мировой рынок CAD/CAM/CAE-систем. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.ci.ru....
2. Григоров А.В., Горобец И.А., Лысенко О.Н., Голубов Н.В. Интеграция информационной среды и управление проектными данными предприятий - Материалы тринадцатого научно-практического семинара «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы». В 3-х кн.. - Таганрог. Узд-во ТТИ ЮФУ. Кн.3 2012 №12 –с.72-80.
3. Жизненный цикл изделий. Основы САПР. [Электронный ресурс] – Режим доступа http://bigor.bmstu.ru...
4. Михаил Головко. CALS. [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.osp.ru...
5. Основные функции CAD-систем. Основы САПР. [Электронный ресурс] – Режим доступа http://bigor.bmstu.ru...
6. Принципы построения САПР. [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.ref.by...
7. САПР в Украине. [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.ik.3dscorpion.com.ua...
8. Система автоматизированного проектирования. [Электронный ресурс] – Режим доступа http://freekaznet.appspot.com...
9. Что такое PLM. [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.calscenter.ru...
10. Ю. М. Соломенцев. Информационно-вычеслительные системы в машиностроении CALS-технологии. [Электронный ресурс] – Режим доступа http://engineering.ua...