Промышленная автоматизація: рух від САПР до PLM

Промышленная автоматизація: рух від САПР до PLM

Олег Зыков, IT News.

Тема САПР і промислової автоматизації приваблює дедалі більша увага IT-прессы, і це випадково. У 90-х роках підприємства захопилися автоматизацією бухгалтерського і фінансового обліку, корпоративного управління. Поза полем зору керівників найчастіше залишався виробничий сектор, адже саме він є основою функціонування підприємства міста і найважливішим джерелом прибутку. На сучасного російського ринку дедалі помітнішою стають важливі структурні зміни: підприємства переходять від автоматизації розрізнених ділянок конструкторсько-технологічною підготовки виробництва до створення єдиного інформаційного простору як у межах заводу, і у рамках холдингових структур. Ця тенденція, хоч і з певним запізненням, починає відповідати загальносвітовій практиці.

Чем характерний бізнес у виробничій сфері? Погляньмо на діаграму тимчасових і матеріальних витрат промислового підприємства. Так само 70% витрат посідає виробничі функції, і у сфері виробничої діяльності може бути приховані основні резерви, які б скорочення термінів випуску нову продукцію та підвищенню конкурентоздатності підприємства. А що таке виробництво? Зазвичай 5−10% часу, яке відводиться самих процесу, займає безпосередньо випуск вироби, проте інше — підготовчі роботи.

.

Временные та матеріальні витрати промислового підприємства.

Использование інформаційних технологій — одне з небагатьох технологічно й економічно вигідних способів підвищення ефективності підготовки виробництва. Це відомо що й сумнівів бракує. Основним інструментом автоматизації конструкторських і технологічних підрозділів досі залишаються системи автоматизованого проектування (САПР). У статті йдеться про тому, які напрями актуальні у сфері, ніж сьогодні живуть відділи САПР російських промислових підприємств. Але як говорити про сучасні тенденціях, кілька слів з історії.

С чого починався САПР

Создание складного вироби немислимо без його графічного уявлення — малюнка, схеми, креслення, проте, попри протязі століть немає підходу до цих ілюстрацій, й у кресленнях Леонардо так Вінчі розібратися комусь іншому було вельми проблематичне. Бурхливий розвиток промисловості, у XIX-XX століттях зажадало від креслення універсальності - креслення, виконаний одним інженером, повинен зрозуміти будь-який інший фахівець, має відповідну освіту. У результаті з’явилися стандарти оформлення, а конструктора отримали кульман — зручний інструмент до виконання креслень.

Но згодом ручне креслення перестала влаштовувати. Чим? Швидкістю! Постійно збільшувалися обсяги будівельно-монтажних робіт, а головне — збільшувалася кількість типових розробок на основі наявних виробів, посилилися вимоги до різних строків випуску вироби. Аж найдоречніше початку інтенсивно розвиватися комп’ютерна галузь: поява доступних не надто складних лідера в освоєнні (проти тим, що було раніше) комп’ютерів дали старт конструкторським системам CAD (Computer-Aided Design). Спочатку такі виглядали електронні кульмани — усе, що колись робилося олівцем і лінійкою, замінили відповідними електронними командами, але з більше. Проте така автоматизація приносила плоди: із накопиченням бази електронних креслень все легше ставало проектувати нові, і модифіковані вироби.

Двумерное проектування активно розвивалося незалежності до середини 90-х років. Системи обзавелися незліченним кількістю додатків, бібліотек, надбудов, дозволили максимально автоматизувати і спростити більшість креслярських завдань. Виникли й розвинулися в окремі напрями розрахункові системи CAE (Computer-Aided Engineering), системи проектування обробки виробів на верстатах з числовим програмним управлінням CAM (Computer-Aided Manufacturing) і ще спеціалізовані докладання, засновані на працювати з даними, наданими CAD-системами. Паралельно розвивався клас систем технологічної підготовки виробництва САПР ТП (Computer-Aided Process Planning, CAPP), призначених на формування технологічних даних про виробі, ведення централізованого архіву цієї інформації та автоматизованого випуску технологічної документації.

Однако пласке проектування все-таки неприродно в людини — адже ми мислимо в тривимірному просторі, живемо серед тривимірних об'єктів. І розвиток обчислювальних систем дозволило вивести технології проектування нового рівень.

.

" Драбина «розвитку систем промислової автоматизації.

Качественный скачок

Появление тривимірного моделювання виявилося справжнім проривом, спочатку доступним лише користувачам потужних графічних Unix-станций. По-справжньому масовим 3D-моделирование стало ближче до середини 90-х років, коли 3D-CAD-системы були перекладено платформу PC. Які ж вигоди надав просторове конструювання?

Первое перевагу ми можемо вже назвали: конструкторам годі й говорити «переводити свої думки «з просторового в плаский вид. Змінився якісно процес проектування: тепер розробник відразу бачить свою конструкцію такий, який він і буде насправді.

Помогает об'ємна модель й у реалізації маси супутніх функцій. 3D-модель можна використовуватиме рішення розрахункових завдань (аналіз напруг, переміщень, коливань, гідродинаміці, теплопередачі), підготовки управляючих програм для верстатів з ЧПУ, і навіть реалістичних зображень для технічної документації і рекламні матеріали, створення фізичних зразків на установках швидкого прототипирования. І звісно, по 3D-модели створюються креслення — причому робити це суттєво простіше, ніж вручну, оскільки вся геометрія на кресленні формується автоматично, дозволяючи конструктору не думати правильності побудови видів, розрізів і перетинів.

Вслед за CAD-системами майже всі CAM/CAE-пакеты стали тривимірними, дозволивши в окремих випадках відмовитися від креслення взагалі. Найімовірніше, наближається і технологічні САПР, працюючі прямо пов’язана з конструкторської 3D-моделью.

Если підсумовувати усе сказане вище, то ми не важко сказати найважливіша перевага тривимірного моделювання: тепер помилки можна знайти й виправити у ранній стадії проектування, до появи перших досвідчених зразків. А корекція проекту на цифровий стадії незрівнянно дешевше, ніж виявлення недоліків після виготовлення дорогої досвідченої партії. Ще п’ятнадцять років тому вони аналітична компанія Gartner Group справила оцінку вартості виправлення одній-єдиній помилки в різних стадіях підготовки виробництва:

$ 1 Концептуальне проектування.

$ 10 Конструкторська проробка вироби.

$ 100 Виготовлення макета вироби.

$ 1 000 Проектування технологічної оснастки.

$ 10 000 Виготовлення оснастки.

$ 100 000 Випуск настановної серії.

$ 1 000 000 Серійне виробництво.

Системы 3D-моделирования бурхливо розвивалися, дозволяючи розв’язувати всі нові завдання, наприклад, такі створення модулів гнучкі і штампування листового матеріалу, прокладка електричних сполук, трубопроводів, поверхове моделювання складних зовнішніх форм, перевірка збирання і працездатності конструкції, і що інше. Нині нелегко знайти завдання, яку можна вирішити при допомоги сучасних потужних CAD-систем.

Впрочем, було неправильно говорити, що 3D-системы досягли вершини свого розвитку та негараздів у цьому напрямі немає. Вони. Так, моделювання великих збірок, які з десятків і сотень тисяч деталей, усе є складним багатьом CAD-систем, ергономіка роботи конструктора поки далекою від ідеалу. До до того ж чим міцніший система, тим вона важче лідера в освоєнні і. Коротше, резерви для вдосконалення є, і чималі.

А що сталося з пласкою графікою? 2D-проектирование не померло. По-перше, багато компаній звикли працювати у площини і створили безліч бібліотек та додатків саме з автоматизації 2D-работ. По-друге, є області, які традиційно залишаються двомірними незалежно від рівня використання 3D — наприклад, розробка електричних схем. У результаті маємо найширший вибір програмних продуктів, від легких узкофункциональных двовимірні рішень (є навіть вільно поширювані САПР-пакеты) до САПР важкого класу вартістю кілька десятків тисяч доларів за робоче місце, дозволяють здійснити повний цикл розробки як завгодно складного вироби.

Итак, автоматизировав з допомогою комплексу CAD/CAM/CAE/CAPP всі напрямки підготовки виробництва, підприємство одержує у своїх рук цифрову модель вироби — це вищого рівня, ніж просто використання 3D-CAD-системы. Цифрова модель містить як геометрію вироби, і всі необхідні розрахункові дані, карти технологічних процесів, відомості, управляючі програми для верстатів, електронні описи вироби і технічні керівництва. Усі чудово? На жаль, величезний масив цифрової інформації як приносить користь, а й доставляє значні клопоти створив його підприємству.

Новые завдання — нові решения

Простая автоматизація робочих місць перестала влаштовувати підприємства. Чому? Час — ось важливий чинник діяльності промислового підприємства. У разі посилюється конкуренції керівництву підприємства необхідно вирішувати питання розвитку і оперативного зміни номенклатури випущених виробів. Економічний ефект від участі «клаптевою «автоматизації мінімальний — процес проектування залишається послідовним, як у період креслярських дощок: конструктори створюють документацію, передають її технологам, забирають назад на коригування, повертають виправлену документацію технологам, ті готують технологічну документацію, узгоджують зі снабженцами і економістами тощо. Через війну ні повної економічної віддачі, ні справді значимого скорочення терміну підготовки виробництва автоматизація не приносить, хоча позитивний ефект і досягається.

Не слід забувати, що розробка й підготовка виробництва складної, високотехнологічної продукції - груповий процес, куди залучені десятки і сотні фахівців підприємства і навіть групи підприємств. У процесі розробки вироби виникає чимало проблем, які впливають успіх. Це першу чергу, відсутність можливості бачити ключові ресурси, втягнуті у процес розробки, у тому фактичний стан нині часу, це організація співпраці колективу фахівців із залученням компаній, постачальних будь-які компоненти для розроблюваного вироби. Істотно скоротити терміни підготовки виробництва можна тільки єдиним чином — з допомогою паралельного виконання робіт і тісної взаємодії всіх учасників процесу. Це можна вирішити з допомогою створення єдиного інформаційного простору (ЄІП) підприємства, інакше кажучи, єдиного простору цифрових даних про корпоративної продукції.

И тут не сцену виходить новий колектив систем, націлених влади на рішення завдань організації і координації робіт інженерного персоналу, — системам управління даними про виробі, PDM (Product Data Management). Конструктори, технологи і інші видатні спеціалісти як отримують інформацію про виробі, а й доповнюють її, формуючи склад вироби, який актуальним до різних служб підприємства. Надалі, після виробу, інформацію про ньому буде використано сервісними підрозділами для планового обслуговування, замовником — для конфигурирования готової продукції під специфічні потреби, а інженерним складом — на модернізацію і виготовлення нового вироби з урахуванням вже спроектованого.

Еще в 80-х роках постачальники САПР почали вирішувати проблему зберігання цифровий документації - так з’явилися перші системи електронного архіву. Архивирование і залишається функції PDM-систем. Проте сучасні PDM вирішують набагато ширший коло завдань, дозволяючи повноцінно реалізувати таку щабель розвитку САПР-технологий, акумулювати цифрову інформацію про виробі і безупинно управляти (це слово) даної інформацією протязі всього життєвого циклу вироби (ЖЦИ). Ми назвали концепцію PLM (Product Lifecycle Management) — принциповим моментом сучасного етапу автоматизації промислового виробництва.

А чим є життєвий цикл вироби? Його основні етапи такі:

Маркетинговые дослідження потреб ринку.

Научно-исследовательские і дослідно-конструкторські роботи (НДДКР).

Подготовка виробництва вироби на заводе-изготовителе серійної продукції.

Собственно виробництво і збут.

Эксплуатация і обслуговування виробів.

Утилизация изделий.

Поддержка своєї продукції кожному етапі життєвого циклу вироби — безумовне вимогу до сучасному промисловому підприємству. Відомо, що вироби, потребують великих витрат у початковий період життєвого циклу, зазвичай менш рентабельні, ніж продукція, інвестиції у якому рівномірно розподілені у часу, чи навіть зсунуто більш пізні терміни.

.

" Фінансовий профіль «проекту створення, освоєння і виробництва нового вироби.

Сокращение термінів НДДКР і підготовки виробництва як збільшує прибуток компанії з допомогою реалізації додаткової продукції, а й вивільняє кошти на розробки нових продуктів, підвищуючи загальний дохід підприємства. Реалізація концепції PLM дозволяє реально скоротити невиробничі стадії ЖЦИ. За рахунок що це досягається? Розглянемо докладніше функціонування основного ядра будь-якого PLM-комплекса, системи PDM.

PDM-система великим планом

Итак, основне призначення PDM-системы — удосконалювання принципів і полегшення до даним про виробі. Такий такого результату досягають завдяки інтеграції всієї інформацію про виробі в логічно єдину модель. Є багато завдань, котрі наважуються з допомогою PDM-системы, у тому числі можна назвати найпоширеніші:

Создание електронного архіву креслень й іншим технічної документації.

Создание ЄІП всім учасників життєвого циклу вироби.

Автоматизация управління конфігурацією вироби.

Построение системи якості продукції відповідно до міжнародних стандартів якості серії ISO 9000.

PDM-система управляє усіма пов’язані з виробом інформаційними процесами (під час першого чергу, проектуванням вироби і технологією його виробництва), і навіть всієї інформацією про виробі - його складом і структурою, геометричними даними, кресленнями, планами проектування й виробництва, нормативними документами, програмами для верстатів з ЧПУ, результати аналізу, кореспонденцією, даними про партії і окремих примірниках вироби тощо.

PDM-система виступає як засіб інтеграції безлічі використовуваних для підприємства прикладних автоматизованих систем (CAD/CAM/CAE/CAPP/ERP/MRP) з допомогою збору що надходить з них інформацією логічно єдину модель з урахуванням стандартних інтерфейсів взаємодії.

Пользователями PDM-системы може бути усі працівники всіх підприємств-учасників життєвого циклу вироби: конструктори, технологи, працівники технічного архіву, і навіть співробітники, працюють у інших предметних областях (збут, маркетинг, постачання, фінанси, сервіс, експлуатація тощо. п.). Головне завдання PDM-системы — надати відповідному співробітнику необхідну інформацію у потрібний час й у зручною формі (відповідно до правами доступу).

.

Схема функціонування PDM-системи на єдиній інформаційний простір

Функционал PDM-системы чітко розділити сталася на кілька груп.

Управление архівом інформації. Усі в PDM-системе зберігаються у спеціальної підсистемі - електронному архіві, що забезпечує цілісність даних, організує доступу до них користувачів відповідно до призначеними правами і дозволяє здійснювати пошук. Зрозуміло, йдеться про електронні документи.

Управление процесами. PDM-система виступає як робочої середовища користувачів і відстежує всі дії, включаючи версії створюваних ними даних. З іншого боку, PDM-система управляє потоком робіт (наприклад, у процесі проектування вироби) й займається протоколюванням дій користувачів і соціальних змін даних.

Управление складом вироби. PDM-система містить інформацію склад вироби, його виконання і конфігураціях. Важлива особливість — наявність кількох уявлень складу вироби щодо різноманітних предметних областей (конструкторський склад, технологічний склад, маркетинговий склад парламенту й т. буд.), і навіть управління применяемостью компонентів вироби.

Классификация. PDM-система дозволяє розподіляти вироби і документи у відповідність до різними класифікаторами. Це можна використовувати при автоматизації пошуку виробів із «потрібними характеристиками з метою їхнього використання або заради автоматизації присвоювання позначень компонентів вироби.

Вспомогательные функції, щоб забезпечити взаємодія PDM-системы коїться з іншими програмними засобами, з користувачами, і навіть взаємодія користувачів друг з другом.

Не торкаючись особливостей конкретних PDM-систем, відзначимо кілька моментів, важливих тим підприємств, у яких усвідомили необхідність реалізації концепції PLM. З що ж розпочати?

Внедрение: готовність до изменениям

Внедрение PDM — тривалий процес, що супроводжується залученням значних ресурсів як з боку підприємства, і із боку постачальника програмного забезпечення. Потрібна вносити зміни в усі процеси — з посади конструктора до перегляду стандартів підприємства. PDM-система не просто програмне забезпечення, що можна встановити і - забути. Це нова технологія роботи підприємства, новий режим функціонування бізнесу.

Поскольку PDM-система призначена практично всім підрозділів, на її розгортання необхідно створити спеціальну проектну групу, очолювану керівником проекту. Дуже важливо було, щоб керівник проекту належав до вищого керівництва підприємства або йому делеговані таких повноважень на час впровадження проекту. До групи із боку підприємства обов’язково має ввійти адміністратор системи — він займеться установкою, і підтримкою працездатності PDM-системы. З іншого боку, необхідні фахівці, досконально знають, яким спосіб відбувається рух різної документації і які зміни вона при цьому зазнає. Такі співробітники допоможуть при їх настроюванні і адаптації системи. У проектну команду треба включатиме й кількох досвідчених користувачів. З боку компании-внедренца PDM в проектну команду мають увійти керівник проекту (він також постановник завдань) і велика група інженерів для впровадження.

.

Этапы впровадження PDM-системы.

Перед проектної групою ставиться ціле пасмо завдань: установка системи, організація праці та настроювання серверів, настроювання і наповнення баз даних, і їх адаптація до вимогам підприємства, організація автоматизованого обміну завданнями між працівниками та підрозділами. Як бачимо, обсяг робіт значний — внедренческий проект PDM-системы по трудомісткості не поступається впровадженню системи управління корпоративного рівня.

Подводим итоги

Итак, для сучасного підприємства, выстраивающего довгострокову стратегію розвитку, реалізація концепції PLM стає лише привабливою, а й необхідної складової бізнесу, бо тільки через концепцію PLM взяток разом й управляти ними даними про корпоративної продукції, зробивши їх найважливішим бизнес-ресурсом.

При підготовці статті використано матеріали компаній Dassault Systems і АСКОН.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.