Компьютерное интегрированное производство

В настоящее время передовые страны мира переживают переход от индустриальной экономики, основанной на жестком разделении труда, массовом производстве и обмене материальными продуктами, к постиндустриальной (информационной) экономике, в которой все большую роль играют компьютерные средства формирования и обмена знаниями, телекоммуникации и управления, и следует ожидать ускорения этого процесса в ближайшие десятилетия.

В этой ситуации разработка новых стратегий организации, компьютерной интеграции, интеллектуализации производства, исходящих из фактов ограниченности природных ресурсов, недопустимости дальнейшего увеличения нагрузки на окружающую среду и опирающихся на новые информационные и коммуникационные технологии, приобретает важнейшее значение. Примерами таких решений служат: стратегия экологически допустимого или приемлемого производства (Sustainable Manufacturing), которая направлена на реализацию принципа совместной эволюции природы и общества, становящегося базовым на нынешнем этапе развития человечества, а также стратегия постмассового производства, опирающаяся на интенсивные технологии переработки корпоративных знаний и «мягкие машины» (Soft Machines). К числу подобных стратегий относится и стратегия расширения традиционных представлений о компьютерном интегрированном производстве (КИП).

Термин «к омпьютерное интегрированное производство» указывает на «частично автоматизированное промышленное предприятие, где все процессы, связанные с производством продукции, объединены и управляются компьютерами». Первоначально понятие КИП объединяло системы автоматизированного проектирования (CAD), автоматизированные системы технологической подготовки производства (CAPP) и автоматизированные производственные системы (CAM), а затем в него стали также включать автоматизированные системы инжиниринга (CAE), системы автоматизированного контроля качества (CAQ), автоматизированные системы управления производством (CAPM), автоматизированные системы оперативного управления. В общем случае КИП должно охватывать все стадии производственного цикла, начиная от стадии маркетинга и заканчивая стадией выпуска готовой продукции. Остальные стадии ЖЦИ понимаются как внешние по отношению к КИП и находятся с ним в постоянном взаимодействии.

Однако в самое последнее время проявляется тенденция рассмотрения КИП с позиций охвата всех стадий ЖЦИ, что получило в международной практике (ISO 9004-87) название «петля качества». Сейчас к КИП начинают относить стадии распространения и сбыта, использования и даже утилизации продукции.

С понятием КИП тесно связано понятие CALS-технологии. В настоящий момент под CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) понимается непрерывная поддержка жизненного цикла изделия или продукта. По своей сути CALS является глобальной стратегией повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе жизненного цикла продукта за счет информационной интеграции и преемственности информации, порождаемой на всех этапах жизненного цикла. Средствами реализации данной стратегии являются CALS-технологии, в основе которых лежит набор интегрированных информационных моделей – самого жизненного цикла и выполняемых в его ходе бизнес-процессов, продуктов (изделий), производственной и эксплуатационной среды и пр. Возможность совместного использования информации обеспечивается применением компьютерных сетей и стандартизацией форматов данных, обеспечивающей их корректную интерпретацию.

Внедрение CALS-технологий в проектирование и оптимизация процессов производства позволят обеспечить поддержку всех стадий ЖЦИ на базе системы автоматизированного проектирования (САПР) в соответствии с международными CALS-стандартами ISO и STEP, сократить сроки проектирования в 5...10 раз за счет реализации технологии параллельной разработки.

Модуль концептуального проектирования предназначен для быстрой проработки концептуального дизайна и его возможных модификаций. Метод «сверху вниз», применяемый при разработке больших и сложных узлов, ускоряет процесс конструирования. Средства модуля включают двумерный непараметрический режим концептуального конструирования узлов, двумерный параметрический режим для размещения компонентов.

Модули конструирования и сборки, реализованные с помощью технологии «фичеров», позволяют создавать любые сложные конструкторские элементы разнообразного профиля, оболочек, групп элементов и т.д., разрабатывать параметрические сборки таблично управляемой компоновки изделия с автоматической заменой одних частей другими в процессе сборки, проводить анализ узлов на собираемость.

Модули КЭ-анализа и оптимизации обеспечивают автоматическое разбиение модели на конечные элементы, позволяют проводить кинематический анализ, структурный анализ под действием реальных нагрузок, температурный анализ конструкции, анализ виброактивности. Каждый аналитический модуль предоставляет средства проведения оптимизации.

Технологические модули управляют процессом обработки детали на станках с ЧПУ, позволяют разрабатывать постпроцессоры, позволяют проектировать литьевые формы, пресс-формы и вспомогательную оснастку, гибочные и вырубные штампы.

Современная практика проектирования позволяет сформулировать основные требования к CAD/CAM/CAE-системам, поддерживающим CALS-технологии:

· единая структура базы данных и поддержка интерфейсов со всеми популярными форматами CAD;

· модульная структура технологии проектирования – различные этапы проектирования могут проводиться параллельно;

· сквозная параметризация, полная ассоциативность – изменение, произведенное на какой-либо стадии проекта, передается во все звенья конструкторско-технологической цепочке, что обеспечивает согласованность всего цикла разработки изделия;

· поддержка технологии объектно-ориентированного моделирования, когда разрабатываемая деталь создается как комбинация отдельных конструкторских примитивов (фичеров) – делает работу гибкой и понятной при создании геометрии любой сложности;

· твердотельное моделирование – содержит всю необходимую информацию, отвечающую требованиям проектирования;

· независимость от программно-аппаратной платформы – позволяет инсталлировать CAD-системы, обеспечивающие процесс автоматизированного проектирования, на уже существующую технику, в том числе и на персональные компьютеры.

При создании электронной модели изделия возникают проблемы интеграции результатов деятельности многих специалистов и обеспечения параллельной и независимой работы последних. Решение этих проблем создатели CALS-технологий видят в использовании PDM-систем (Product Data Management). Они предназначены для поддержки электронного описания продукта (изделия) на всех стадиях ЖЦИ, классификации (определения иерархической структуры) информа­ционных объектов, распределения информации по этапам проек­тирования и его информационной поддержки и др., т.е. создания некоего единого информационного пространства, в котором решают свои задачи специалисты, имеющие отношение к данным об изделии на всех этапах ЖЦИ. Причем такое пространство формируется поэтапно по мере расширения масштаба проекта.

Объектно-ориентированная модель данных содержит следующие основные понятия: объект; характеристики объекта; связь между объектами; характеристики связи.

Информационная модель проекта состоит из двух основных частей. Первая часть представляет собой описание состава, структуры, геометрии и материалов изделия в виде следующих компонентов: состав изделия – в виде дерева проекта; структура – в виде сборочных файлов CAD-систем; геометрия – в виде трехмерных моделей и чертежей; материалы – в виде баз данных обозначений и свойств материалов.

Вторая часть представляет собой описание структуры и состава технологических процессов изготовления изделий, а также описание технологических материалов, трудовых ресурсов и производственной среды. Описание структуры и состава технологического процесса представляют в виде дерева операций и переходов в технологической последовательности их выполнения, а также в виде технологической документации, которая формируется автоматически по требуемым формам.

Компьютерное интегрированное производство является современным развитием гибкого автоматизированного производства и объединяет в себе системы автоматизации обработки информации и средства автоматизации технологии производства (рис.33).

Развитие КИП связано с интеграцией информационных и коммуникационных технологий вокруг ЖЦИ и построением обобщенной модели изделия, включающей различные локальные модели. В нынешних условиях экологического кризиса «одномерные» стратегии поддержания рентабельности предприятий за счет увеличения прибыли благодаря росту производства, качества и сбыта выпускаемой продукции оказываются недостаточными. Теперь общая конкурентоспособность во все большей степени зависит от эффективности производственных и непроизводственных процессов предприятия, а также от самой его организационной структуры, характера управления, типа эволюции и времени существования.

Такая «многомерная» компьютерная интеграция производства предполагает сближение целей и повышение уровня взаимного доверия между поставщиками и потребителями, обмен ресурсами и опытом между предприятиями-партнерами, что достигается путем организации сетевых, постиндустриальных предприятий. Здесь создание виртуально связанных рабочих мест приводит к размыванию границ предприятия, стиранию различий между заказчиками и исполнителями, внутренними и внешними факторами организации, т.е. к развитию принципиально новых форм координации коллективного труда. При этом открытые, высокоинтегрированные, развивающиеся сетевые организационные структуры на базе Internet/Intranet-технологий и систем искусственного интеллекта служат как инструментальные средства построения КИП.

 

 

Рис.33. Схема компьютерно-интегрированной производственной системы

 

Вопросы для текущего контроля и зачета

 

1. Комплексная автоматизация производства. Этапы и периоды развития гибкого автоматизированного производства (ГАП).

2. Гибкое автоматизированное производство как высокоинтенсивная и трудосберегающая форма производства. Области распространения ГАП.

3. Принципы организации гибкого автоматизированного производства. Современные требования к промышленному производству.

4. Структура и подсистемы ГАП. Характеристики подсистем ГАП.

5. Технические, организационно-экономические и конструктивно-технологические задачи ГАП.

6. Понятие «Гибкость производственной системы», различные аспекты гибкости.

7. Понятие «Компьютеризированное интегрированное производство».

8. Из каких основных частей состоит информационная модель проекта?

9. Сформулируйте основные требования к CAD/CAM/CAE-системам, поддерживающим CALS-технологии.

10. Поясните схему компьютерно-интегрированной производственной системы.

 

Лекция 8