Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТЩЕГАЛЕВА ЕКАТЕРИНА ЕВГЕНЬЕВНАИЗУЧЕНИЕ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ САПР ТП МЕХАНООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс»Специальность 15.09.00 – Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств. Специализация – Технология машиностроенияАВТОРЕФЕРАТ Магистерской диссертацииСамара 2009 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Самарском Государственном Техническом университете на кафедре «Технология машиностроения».Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Черепашков Андрей АлександровичОфициальный рецензент: ведущий специалист фирмы АСКОН-САМАРАБухарцев Алексей ЮрьевичВедущее предприятие: ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс»Защита состоится 6 июля 2009 г. в 9 часов на заседании ГАК в ГОУВПО «Самарский государственный технический университет» по адресу: 443010 Самара, ул. Молодогвардейская, 133.С диссертацией можно ознакомиться на сайте кафедры «Технология машиностроения» ГОУВПО «Самарский государственный технический университет».Секретарь ГАК ___________________ ^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы Последнее десятилетие ХХ века характеризовалось широкой компьютеризацией всех видов деятельности человека: от традиционных интеллектуальных задач научного характера до автоматизации производственной, торговой, коммерческой, банковской и других видов деятельности. Особую важность внедрение компьютерных технологий имеет для развития промышленности, и прежде всего машиностроения. Сегодня без автоматизации (КТПП) уже невозможно производить современную сложную технику, требующую высокой точности (самолеты, корабли, автомобили, различные виды промышленного оборудования и др.). В настоящее время практически на всех успешно действующих российских предприятиях активно внедряются или планируются к внедрению новые промышленные компьютерные системы и технологии. Современные предприятия не могут выжить во всемирной конкуренции, если не будут выпускать новые продукты лучшего качества, более низкой стоимости и за более короткие сроки. Одним из действенных инструментов повышения конкурентоспособности являются компьютерные технологии промышленного назначения. В результате внедрения автоматизированных систем проектирования и технологической подготовки производства (САПР) повышается качество, сокращается время и уменьшается стоимость разработки и производства конечного продукта. Для этой цели в инженерной практике, на ведущих машиностроительных предприятиях широко применяются технологии автоматизированного конструирования (computer-aided design – CAD), автоматизированного производства (computer-aided manufacturing – CAM) и автоматизированной разработки и конструирования (computer-aided engineering – CAE). По своему классическому, стандартному определению автоматизированное проектирование является сложным информационным процессом взаимодействия проектировщиков и средств автоматизации. Поэтому при разработке промышленных автоматизированных систем большое внимание уделяется проблеме разделения функций и организации эффективного взаимодействия между человеком и компьютером с учетом их качеств и возможностей. Автоматизированные системы не только повышают эффективность, но и значительно изменяют содержательную сторону всех бизнес-процессов машиностроения, оказывая существенное влияние на способы проектирования, технологию и организацию производства. Система автоматизированного проектирования (САПР) – это организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи комплекса средств автоматизации проектирования (рис.1). Современные САПР поддерживают целый комплекс инженерных работ на нескольких ключевых этапах жизненного цикла изделия (ЖЦИ) – в процессах проектирования, конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) и составляют основу интегрированных систем управления ЖЦИ машиностроительного предприятия (PLM-систем). К основным процессам принято относить конструкторское и технологическое проектирование. Вспомогательными, но не менее необходимыми процессами считают организацию информационной поддержки КТПП (корпоративные справочники, технические архивы, документооборот) и управление бизнес-процессами промышленного предприятия. Автоматизированное управление проектами и предприятием облегчается на базе электронного документооборота. Любые изменения в любом элементе изделия незамедлительно становятся доступными как для отдельных конструкторов и технологов, так и для целых отделов и организаций на всех этапах создания изделия – благодаря использованию единой информационной среды (ИИС). Таким образом, внедрение САПР существенно сокращает время и затраты на КТПП изделия.Рис. 1. Структура автоматизированной системы (САПР)Одним из перспективных средств развития предприятия, в условиях серьёзной конкуренции с ведущими мировыми державами, признано считается внедрение информационных технологий. Поэтому тематика работы, связанная с автоматизацией ТПП на предприятии, как мощного средства повышения производительности труда и качества продукции, является весьма актуальной.^ Цель работыИзучить и провести сравнительный анализ методики и средств автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) крупного машиностроительного предприятия самарского региона с целью разработки проекта внедрения САПР ТП на базе ПМК ВЕРТИКАЛЬ в комплексе механообрабатывающего производства, включающего конструкторско-технологический отдел механосборочных, испытательных работ и АСТПП и механообрабатывающий цех.^ Решаемые задачи Для достижения указанной цели необходимо решить следующие основные задачи: Изучить и описать на концептуальном уровне содержание проектно-производственных этапов ЖЦИ с целью выявления содержания потоков информации и работ в процессах КТПП механообрабатывающего производства. Провести аудит процессов технологической подготовки производства в конструкторско-технологическом отделе и цехе механообрабатывающего производства. Разработать структурно-функциональную модель ТПП в терминах IDEF-технологии, рекомендованной для анализа и проектирования автоматизированных систем в международных и российских стандартах. Создать модель текущего состояния «as is» (как есть) технологической подготовки производства комплекса, включающего конструкторско-технологический отдел механосборочных, испытательных работ и АСТПП и механообрабатывающий цех. Разработать модель автоматизированной ТПП в среде ПМК ВЕРТИКАЛЬ, которая будет достигнута в процессе реинжиниринга существующих бизнес-процессов «to be» (как будет). Провести сравнительный анализ альтернативных методик ТПП и разработать рекомендации по проекту и структуре информационного обеспечения САПР ТП механообрабатывающего производства. Описать и обосновать эффективность комплексной информационной технологии на примере автоматизированной ТПП типовой детали механообрабатывающего производства.^ Методы исследования В работе использовались методы системного анализа, информационного и функционального моделирования, IDEF- технологии, компьютерное моделирование, CAD/CAM/CAPP/PLM —технологии.^ Научная новизна Научную новизну работы составляют результаты анализа, модели и предлагаемая информационная технология автоматизации технологической подготовки механообрабатывающего производства ФГУП ГПРКЦ, предусматривающая: отказ от бумажного документооборота на определенных стадиях ТПП и замена его электронным; создание рабочего архива технологических решений, используемую для организации коллективной работы над проектом и параллельного инжиниринга ТП; создание комплексной системы автоматизации ТПП механообрабатывающего производства включающую конструкторско-технологический отдел и основные цеха механообработки.^ Практическая значимость работы Практическая значимость работы заключается в разработке информационных технологий, выводов и рекомендаций для реального процесса внедрения САПР ТП КТПП механообрабатывающего производства на базе ПМК АСКОН, ведущегося в настоящее время на ФГУП ГПРКЦ.^ ОСНОВНИЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования.В первом разделе изучены и описаны на концептуальном уровне проектно-производственные этапы жизненного цикла продукции (ЖЦИ) с целью выявления содержания потоков информации и работ в процессах КТПП механообрабатывающего производства на крупном машиностроительном предприятии на примере ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс». Свои возможности в ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» использует не только для разработки ракетно-космической продукции гражданского назначения, так и для производства изделий широкого потребления, технологии производства которых и были использованы как объект в содержательной части исследования. Номенклатура изделий сведена в таблицу 1.Таблица 1.Классификация продукции Класс Наименование Оборудование для пищевой промышленности: машина хлеборезательная А2-ХРЗ-П;тестоделитель А2-ХПО5;и т.д. Товары медицинского назначения: шприцы однократного применения типа «Луер». Реабилитационное оборудование: кресло-коляска складная активного типа «Адаптер» для инвалидов. Транспортные средства легкий самолеткатер «Аквалайн-210»;лодка моторная «Прогресс-9»;и т.д. Оборудование для нефтегазодобывающей промышленности: захват клиньевой пневматический ключ буровой стационарный гидравлический (КБС);установка высокоскоростная активаторная (УВА);и т.д. Оборудование для деревообрабатывающей промышленности: ленточная пилорама «Мастер 2000-04»;разводное устройствои т.д.. оборудование для автомобильной промышленности: вакуумный усилитель тормозов и т.д. ГНПРКЦ имеет современную производственно-технологическую базу, в том числе и развитое механообрабатывающее производство, включающее отдел технологической подготовки, и производственные цеха механического профиля (рис.2). Рис.2. Схема комплекса ТПП механообрабатывающего производства.Рассмотрен общий порядок прохождения конструкторской и технологической документации механообрабатывающего производства, предусмотренный стандартами (СТП) и внутренними регламентами предприятия (положения, инструкции и пр.). В результате анализа и обобщения которых выявлены содержание и структура регламентированных потоков информации и работ в процессах КТПП механообрабатывающего производства. Некоторые положения формальных регламентов морально устарели, но остаются актуальными, поскольку в КТПП, на практике используется два потока документооборота: традиционный (бумажно-ориентированный); электронный (компьютеризированный, с применением комплекса средств обеспечения САПР). Регламентирующая документация на конструкторскую проработку проектов изделий в основном ориентирован на бумажный документооборот, не оговаривается использование САПР КД, за исключением хранения ТД на устаревших магнитных носителях и лазерных дисках. При разработке проекта внедрения САПР ТП устаревшие положения регламентов и бумажно-ориентированные процедуры проектирования должны пересматриваться и заменяться электронными технологиями разработки и прохождения ТД. После внедрения опытной эксплуатации САПР бумажный документооборот может быть постепенно выведен из оборота. Особым условием документооборота, рассматриваемого в исследовании машиностроительного предприятия, является требование по соблюдению режима секретности и конфиденциальности, которая должна обеспечиваться соответствующими электронными технологиями.^ Во втором разделе подробно проанализирована проектно-производственная деятельность конструкторско-технологического отдела механосборочных, испытательных работ (КТО) механообрабатывающего производства с целью выявления практически действующие процедур и потоков работ КТПП. Описаны структура и основные функции служб и подразделений технологического бюро цеха механообрабатывающего производства. Анализ регламентирующей документации показал наличие многочисленных формальных информационных и рабочих потоков между подразделениями, которые плохо формализованы, требования к функциям подразделений регламентированы не четко, запутаны, а иногда и противоречивы. В результате обследования показано, что на практике разработка ТП ведется по упрощенной схеме, в которой отсутствует ряд работ и согласований (связей) не предусмотренных формальным положением и организационно-распорядительной документацией. При реализации САПР ТП целесообразно опираться на фактически сложившуюся практику разработки ТП, за исключением случаев, когда это не соответствует возможностям и целям автоматизации ПКР и требованиям заказчика к САПР ТП. ^ В третьем разделе приведены разработанные в процессе выполения квалификационной работы структурно-функциональные модели текущего состояния ТПП и автоматизированной ТПП машиностроительного предприятия в нотации IDEF0 и IDEF3. Модели, представленные с помощью IDEF0 проработаны до третьего уровня подробности. На рис.3. приведена функциональная схема ТПП IDEF0 третьего уровня. Анализ текущего состояния ТПП показал, в настоящее время на машиностроительном предприятии параллельно выполняется разработка ТП как традиционным (бумагоориентированным), так и автоматизированным (компьютероориентированным) способом. Вследствие этого могут возникать несоответствия и противоречия между задублированными потоками информации: (бумажными и электронными документами). Основной объем работы технологов конструкторско-технологического отдела составляет не проектирование новых ТП, а внесение изменений в существующие технологии, а также проработка серийных ТП на основе эскизов разработанных в цеховых ТБ. При внедрении комплексной САПР становиться возможным оперативное внесение и учет изменений ТП, а также интеграция процессов ТПП КТО и цеховых ТБ, что не только позволит повысить производительность, но и существенно сокращает число ошибок и несоответствий в ТД на изделие. Внедрение САПР позволит сократить сроки и трудоемкость технологического проектирования за счет: автоматизации поиска аналогов и использования фрагментов отработанных маршрутов, операций и переходов. В регламентах предприятия предлагается всемерно увеличивать применение групповых технологий. Этого можно добиться за счет внедрения САПР ТП, имеющих штатный режим разработки и оформления групповых ТП. Комплексную автоматизацию механообрабатывающего производства целесообразно проводить, создавая единую САПР ТП, включающую КТО и основные цеха механообработки. Рис.3. Диаграмма процессов ТПП в нотации IDEF0.В четвертом разделе приводится описание реинжиниринга процессов ТПП механообрабатывающего производства в среде САПР ТП. Подробно описывается предлагаемый в проекте внедрения комплекс средств обеспечения САПР ТП механообрабатывающего производства. На рис.4 показана схема локальной компьютерной сети, связывающей ОКТ и производственные цеха (рис.4). Подобран комплекс программного обеспечения (ПО) для проекта САПР ТП механообрабатывающего производства. В проекте внедрения предложено максимально использовать для автоматизации ТПП отечественные программно-методические комплексы (ПКМ) и информационное обеспечение от крупнейшего российского разработчика САПР фирмы АСКОН. Комплексные решения АСКОН позволяют произвести автоматизацию практически всех этапов и процессов конструкторско-технологической подготовки производства, начиная от создания вариантов компоновки нового изделия и заканчивая передачей документации в производство или внешнему заказчику. При этом все элементы КТПП, используя централизованные средства хранения и обработки данных, органично увязаны в единую информационно-процессную среду проектирования и подготовки производства (рис.5). Такой подход к решению задач в итоге позволяет: сократить сроки конструкторско-технологической подготовки производства; существенно повысить качество конструкторской и технологической документации; наладить работу системы управления производством с актуальными инженерными данными, что в результате обеспечивает точность планирования производственной деятельности и прозрачность управления предприятием; снизить издержки на материально-техническое обеспечение производства за счет оптимизации номенклатуры применяемых материалов, оснастки и покупных комплектующих; создать актуальную нормативную базу для оценки плановой себестоимости изделия и контроля отклонений от плановых показателей; снизить издержки или совсем исключить опытное производство изделий. Локальная сеть технологов БЦРТ отдел 2611ПринтерСерверОбщая сеть «Прогресс»^ АРХИВ ПОДЛИННИКОВ Отделы, связанные с 2611^ КОРПОРАТИВНАЯ ПОЧТА Локальная сеть цеха 2116БДИСТПП^ РАБОЧИЙ АРХИВРис.4.Локальная схема перспективной сети, связывающей ОКТ и производственных цехов ^ Рис.5. Взаимодействие компонентов ПМК АСКОН Система ЛОЦМАН:PLM является центральным компонентом Комплекса решений АСКОН и обеспечивает: централизованное структурированное хранение технической документации на изделие; управление информацией о структуре, вариантах конфигурации изделий и входимости компонентов в различные изделия; управление процессом разработки изделия; интеграцию компонентов Комплекса — САПР, САПР ТП, корпоративных справочников.Утвержденные данные и документация передаются в соответствующие службы предприятия для материально-технического обеспечения, производства и эксплуатации выпускаемых изделий. При помощи ЛОЦМАН:PLM может быть организовано управление изменениями производственной документации (рис.6). В среде ЛОЦМАН безщовно (без изменения форматов данных) могут использоваться электронные модели и документы САПР КД КОМПАС, которая уже внедрена в службах и отделах механообрабатывающего производства. Система КОМПАС-3D позволяет реализовать классический процесс трехмерного параметрического проектирования — от идеи к ассоциативной объемной модели, от модели к конструкторской документации. Рис.6. Безшовная интеграция PDM ЛОЦМАН и САПР КД КОМПАС-3DОсновным компонентом САПР ТП механообрабатывающего производства должен стать ПМК ВЕРТИКАЛЬ. Эта система полностью соответствует отечественным стандартам разработки технологических процессов и выбрана заказчиком по результатам тендера, проведенного на предприятии. Интеграция ВЕРТИКАЛЬ с ЛОЦМАН:PLM решает задачи создания единой электронной среды для совместной разработки изделия, подготовки производства. В результате электронное описание изделия содержит полную информацию, необходимую для поддержки всех этапов его жизненного цикла. На этапе подготовки производства обеспечивается накопление данных о результатах конструкторско-технологического проектирования и обмен информацией между инженерными службами (рис.7). Рис.7. Автоматизированное проектирование ТП в среде САПР ТП САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ позволяет: проектировать технологические процессы в нескольких автоматизированных режимах; рассчитывать материальные и трудовые затраты на производство; формировать все необходимые комплекты технологической документации, используемые на предприятии; вести параллельное проектирование сложных и сквозных техпроцессов группой технологов в реальном режиме времени; поддерживать актуальность технологической информации с помощью процессов управления изменениями; обеспечивать инженерный документооборот в части заявок на проектирование средств технологического оснащения.Универсальный технологический справочник, входящий в САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ, предоставляет пользователям всю необходимую справочную информацию, а также позволяет организовать и развивать базы данных предприятия. В рамках данной работы была разработана информационная технология автоматизации процессов ТПП механообрабатывающего производства, которая описана на примере типовой детали «Стержень». В приложениях к пояснительной записке приведены: Технологический процесс, выполненный в среде САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ на типовую деталь механообрабатывающего производства «Стержень». Ведомость оснастки, полученная в автоматизированной среде. Номенклатура оборудования, используемого в цехах механообрабатывающего производства. Сравнительная анализ ПМК САПР ТП «ВЕРТИКАЛЬ» и «ТОМСК» Общие выводы по работе: Изучено и описано содержание проектно-производственных этапов ЖЦИ с целью выявления содержания потоков информации и работ в процессах КТПП механообрабатывающего производства. Проведен аудит процессов технологической подготовки производства в конструкторско-технологическом отделе и цехе механообрабатывающего производства. Разработана структурно-функциональная модель ТПП в терминах IDEF-технологии, рекомендованной для анализа и проектирования автоматизированных систем в международных и российских стандартах. Создана модель текущего состояния «as is» (как есть) технологической подготовки производства комплекса, включающего конструкторско-технологический отдел механосборочных, испытательных работ и АСТПП и механообрабатывающий цех. Разработана модель автоматизированной ТПП в среде ПМК ВЕРТИКАЛЬ, которая будет достигнута в процессе реинжиниринга существующих бизнес-процессов «to be» (как будет).Проведен сравнительный анализ альтернативных методик ТПП и разработаны рекомендации по проекту и структуре информационного обеспечения САПР ТП механообрабатывающего производства..Обоснована эффективность комплексной информационной технологии на примере автоматизированной ТПП типовой детали механообрабатывающего производства.