Кратчайший путь от идеи до воплощения. Идеология построения.

Современное состояние предприятий машино- и приборостроения характеризуется устойчивой тенденцией усложнения выпускаемой продукции наряду с увеличением номенклатуры и уменьшением серийности производства. Это ведет к значительному увеличению объемов и сроков выполнения работ в сфере конструкторско-технологической подготовки производства. Необходимость реализации требований рыночной экономики заставляет предприятия постоянно улучшать потребительские свойства и качество изделий при максимальном сокращении сроков их выпуска. В таких условиях современные САD/САМ/САЕ/PDM системы являются стратегическим средством повышения конкурентоспособности продукции, и обеспечивают предприятию переход на качественно новый уровень решения конструкторско-технологических и производственных задач.

Процесс проектирования с использованием САD/САМ/CAE/PDM – систем, переход на информационные компьютерные технологии, электронное определение изделия – все это звучит уже привычно для нашего уха, но, к сожалению, для большинства наших предприятий все это великолепие пока напоминает замки Фата-Морганы – чем ближе, кажется, к ним приближаешься, тем больше они удаляются. Вместе с тем, как показывает опыт использования таких систем отечественными предприятиями, их внедрение в большинстве случаев не позволяет достичь показателей производительности труда, соответствующих показателям передовых промышленных стран.

Это происходит, потому, что эффект от применения САD/САМ/САЕ/PDM не может быть достигнут частными изменениями традиционных методов работы и точечным внедрением средств автоматизации. Процесс автоматизации подготовки производства не может иметь временных рамок и должен протекать постоянно пока существует предприятие. Поэтому первоочередной вопрос - определение стратегии внедрения средств автоматизации. Неправильно выбранная стратегия или никак не отразится на технико-экономических показателях объекта внедрения, или, вероятнее всего, ухудшит их. Необходимо определить эффективную стратегию внедрения автоматизированных систем в производство.

Этим требованиям отвечает концепция сквозного цикла проектирования и производства "от идеи до металла". Суть ее состоит в том, что компьютерные системы и оборудование должны рассматриваться, как единый информационный технологический процесс на всем протяжении от проектирования до изготовления изделий. Принципиальная схема построения таких технологий приведена на рисунке.

Из схемы видно, что концепция сквозного цикла использует 3-х мерную модель, как базовый элемент для объединения отдельных этапов подготовки и производства в единую информационную технологию.

Рассмотрим более подробно технологию работ по схеме сквозного цикла.

Блок "PDM-система".На полученный заказ в PDM – системе открывается проект, в котором будет в дальнейшем регистрироваться вся конструкторско-технологическая документация по изделию. На этой стадии определяются концептуальные решения по изделию, разрабатывается структура изделия, назначаются исполнители и сроки выполняемых работ. Очень важно, что PDM – система может автоматически отслеживать процесс выполнения работ и внесения изменений в документацию, учитывать модификации и вариантность исполнения изделия, составлять спецификации, создавать и поддерживать архив тех документации.

Блок "CAD(3D)-системы". Для каждой оригинальной детали конструктор в CAD–системе создает ее пространственную геометрическую модель. При этом он может использовать аппарат поверхностного и твердотельного моделирования. Широкий спектр различных типов поверхностей в поперхностном моделировании позволяет создавать модели любых изделий сложных форм. Твердотельное моделирование дает возможность конструктору быстро и эффективно создавать нужные объекты из пространственных примитивов – компонент.

Возможно построение гибридных моделей, в которых одновременно используется аппарат и поверхностного и твердотельного моделирования.

Модели деталей могут быть объединены в сборку. Любые изменения, выполненные над объектом отдельной модели , отразятся на всех сборках, содержащих этот объект. Результаты работы конструкторов - 3-х мерные модели деталей, узлов, изделия, являются информационной базой для выполнения всех последующих работ по технологии сквозного цикла.

Блок "САЕ-системы".САЕ-системы обеспечивают решение широкого круга инженерных задач. Все системы инженерных расчетов используют 3-х мерные модели, как исходные данные для расчетов На этом этапе сформированная модель подвергается расчетному исследованию на механические, тепловые, электромагнитные и прочие виды воздействий с целью получения сведений о прочностных, динамических, теплофизических и прочих свойствах изделия, имеющих связь с выходными показателями качества изделия. Кроме того САЕ-системы позволяют промоделировать процессы изготовления - литье, штамповку, сварку и т.д. Все это обеспечивает обоснованный выбор наиболее эффективных вариантов изделия.. По результатам расчетов вносятся изменения в геометрию моделей деталей. Этот процесс может иметь несколько итераций.

Блок "CAD(2D)-системы". Двухмерные CAD-системы обеспечивают оформление и выпуск чертежей. Использование на входе 3-х мерных моделей позволяет автоматизировать создание видов, разрезов, сечений, простановку размеров, улучшить наглядность и читаемость чертежа за счет широкого использования изометрических проекций. Распределение работ по выпуску конструкторской документации между 2-х и 3-х мерными CAD-системами позволяет существенно снизить затраты на автоматизацию данного участка подготовки производства за счет более низкой стоимости 2-х мерных систем (на их долю приходится до 80% обьема конструкторских работ).

Блок "ПТП-системы". Системы проектирования техпроцессов автоматизируют составление технологической документации по видам обработки: металлорезанье, литейное, сварочное, кузнечно-прессовое и т.д. Для их эффективной работы в рамках PDM-системы должна быть создана единая информационная база данных оборудования, инструментов, человеческих ресурсов, технологических операций, трудовых и материальных нормативов. На данной стадии проектирования определяются материальные и трудовые затраты на производство. Основной эффект от автоматизации проектирования техпроцессов – снижение себестоимости изделия, за счет обоснованного выбора варианта изготовления.

Блок "САМ-системы". САМ-системы автоматизируют разработку технологии обработки изделия на оборудовании с числовым программным управлением (ЧПУ). На основании 3-х мерной модели и заданных технологических параметров обработки автоматически генерируется управляющие программы для того или иного оборудования с ЧПУ. Сформированная технология в дальнейшем может быть передана по каналам связи непосредственно в систему ЧПУ станка и выполнена. Таким образом, технически реализуется идея безбумажной технологии изготовления изделия. САМ-системы позволяют: увеличить прибыльность производства за счет: выполнения заказов на сложные изделия (как правило такие заказы более выгодны), сокращения трудоемкости и материалоемкости изготовления, уменьшения затрат станочного времени (почти в 2 раза), выпуска продукции "правильно с первого раза".

Как отмечалось выше, вся конструкторская и технологическая документация создается под управлением PDM-системы и, пройдя положенные процедуры согласования и утверждения, в конечном итоге поступает в архив проекта, где она логически увязывается со структурой изделия, его модификациями и вариантами исполнения. Из архива документация поступает в производство в соответствии с технологическими маршрутами изготовления. Архив позволяет поддерживать достоверность рабочей документации в производстве.

Какие преимущества дает применение информационных технологий по схеме сквозного цикла? Перечислим наиболее весомые:

• Сокращение сроков подготовки производства за счет распараллеливания работ. Производство некоторых компонент изделия можно начинать, не дожидаясь окончания разработки конструкторской документации.
• Минимизация потерь в производстве от ошибок и просчетов, допущенных при проектировании изделия, от несогласованной отработки изменений, вносимых в проект.
• Возможность целенаправленного поэтапного развития системы управления предприятием. Это позволяет оптимизировать вложения в автоматизацию, можно начинать с "узких мест" и постепенно расширять границы автоматизации до создания интегрированных комплексных решений, добиваясь на каждом шаге максимальной отдачи.

Следуя стратегии внедрения "шаг за шагом" необходимо начинать с "узких мест", где первоначальное вложение средств может дать наиболее быструю отдачу. Традиционно таким участком является изготовление деталей и формообразующей оснастки со сложной геометрией. Решение проблем комплексной автоматизации этого производственного участка будет рассмотрено отдельно.