Понятие жизненного цикла отражает совокупность взаимосвязан-ных процессов последовательного изменения состояния технического объекта. В таблице 10 перечислены основные этапы жизненного цикла и их характеристики.
Таблица 11 – Основные этапы жизненного цикла
Этапы жизненного | Деятельность |
Замысел и проектирование | Маркетинг |
Производство | Планирование производства |
Эксплуатация и ремонт | Хранение |
Утилизация | Демонтаж |
Процессы, обеспечивающие жизненный цикл изделия, сопровождаются мощными информационными и материальными потоками. Для их изучения и управления ими служит специальная наука – логистика.
Весь объем информации об изделии, распределяемый по этапам его жизненного цикла, составляют следующие группы данных:
1. Конструктивные данные об изделии (КДИ) — совокупность информационных объектов, порождаемых в процессе проектирования изделия. Содержат сведения о составе изделия, о геометрических моделях изделия, об отношениях компонентов в структуре изделия, о допусках на изготовление деталей и т. д.
2. Технологические данные об изделии — совокупность информационных объектов, порождаемых на стадии технологической подготовки производства и ассоциированных с КДИ. Содержат сведения о способах изготовления и контроля изделия и его компонентов, описание маршрутных и операционных технологий, нормы времени и расхода материала и т. д.
3. Производственные данные об изделии — совокупность информационных объектов, порождаемых в процессе производства, ассоциированная с КДИ. Содержат сведения о статусе конкретных экземпляров изделия и его компонентов в производственном цикле (серия, номер серии, дата производства, место хранения).
4. Данные о качестве изделия — совокупность информационных объектов, порождаемых при выполнении всех видов контроля, ассоциированная с КДИ. Содержат информацию о степени соответствия конкретных экземпляров изделия и его компонентов заданным технологическим требованиям, требованиям стандартов и других нормативно-технических документов.
5. Логистические данные — совокупность информационных объектов, порождаемых в процессе проектирования и производства. Содержат сведения, необходимые для интегрированной логистической поддержки изделия на постпроизводственных стадиях жизненного цикла изделия.
6. Эксплуатационные данные об изделии — совокупность информационных объектов, содержащая необходимые сведения для организации обслуживания, ремонта и других действий, обеспечивающих работоспособность изделия.
В настоящее время на современных производствах для обработки потоков данных используют компьютерные технологии. Системы автоматизации, использующиеся на различных этапах жизненного цикла изделий, весьма разнообразны и включают соответствующие программные компоненты:
· CАЕ — Computer Aided Engineering (автоматизированные расчеты и анализ);
· CAD — Computer Aided Design (автоматизированное проектирование изделий);
· CАМ — Computer Aided Manufacturing (автоматизированная технологическая подготовка производства);
· САРР — Computer Aided Process Planning (автоматизированное проектирование технологических процессов);
· СААР — Computer Aided Assembly Planning (автомати-зированное проектирование процессов сборки);
· PDM — Product Data Management (управление проектными данными);
· PLM — Product Life Cycle Management (управление жизненным циклом изделия);
· ERP — Enterprise Resource Planning (планирование и управление предприятием);
· MRP-2 — Manufacturing (Material) Requirement Planning (плани-рование производства);
· MES — Manufacturing Execution System (производственная исполнительная система);
· SCM — Supply Chain Management (управление цепочками поставок);
· SCADA — Supervisory Control And Data Acquisition (диспет-черское управление производственными процессами);
· CNC — Computer Numerical Control (компьютерное числовое управление);
· CRM — Customer Relationship Management (управление взаи-моотношениями с заказчиками);
· S&SM — Sales and Service Management (управление продажами и обслуживанием);
· СРС — Collaborative Product Commerce (совместный элек-тронный бизнес).
4.2 Компьютерное сопровождение и поддержка жизненного цикла изделий
Современное производство сложной техники подразумевает согласованную работу многих предприятий и подразделений. Успешная деятельность производства в данном случае может быть обеспечена при информационном взаимодействии автоматизи-рованных систем, поддерживающих процессы проектирования и управления производством. Также информационное взаимодействие необходимо между изготовителями и потребителями продукции.
Понятие о компьютерно-интегрированном производстве CIM (Computer Integrated Manufacturing) связано с объединением технической и организационной составляющих предприятия и охватывает вопросы, начиная с изучения конъюнктуры рынка, проектирования и изготовления продукции, заканчивая ее сбытом, доставкой потребителю, эксплуатацией и утилизацией.
Особую роль в реализации и применении модели компьютерно-интегрированнного производства играют CALS-технологии (Continius Acqusition and Lifecycle Support) – это информационные технологии, направленные на создание и поддержание единого информационного пространства на всех этапах жизненного цикла продукции [1]. В отечественных источниках встречается также аббревиатура ИПИ – информационная поддержка изделий.
Необходимость создания и использования CALS (ИПИ)-технологий была понята в процессе роста сложности проектируемых технических объектов. Работы по CALS были инициированы в оборонной промышленности США в середине 1980-х годов. С тех пор работы по CALS ведутся в направлениях: стандартизации языков и форматов представления, хранения и обмена данными; интегрированной логистической поддержки изделий; создания систем управления данными на всех этапах жизненного цикла изделий; развития интерактивных электронных технических руководств.
Основные цели и задачи внедрения CALS-технологий:
· обеспечение единообразного описания и однозначной интерпретации данных независимо от места и времени их получения;
· предоставление необходимой информации об изделии любому из участников жизненного цикла в нужное время, в нужном виде;
· интеграция промышленных автоматизированных систем в единую многофункциональную систему;
· образование виртуальных производств, при которых процесс создания изделия может быть распределен во времени и пространстве между многими автономными проектными организациями.
Составляющими CALS-технологий являются:
· программно-техническая среда для создания, хранения и передачи информации;
· стандарты на представление моделей объектов проектирования, позволяющие использовать данные об изделии во время всего его жизненного цикла. Подготовка и принятие стандартов проводится через международный комитет по стандартизации (ISO);
· структура и методы управления предприятием, при которых весь документооборот осуществляется в едином электронном пространстве.
Типы CALS-стандартов:
· функциональные стандарты, определяют процессы и их взаимосвязи, исходя из целевых потребностей пользователя; включают описания информационного содержания процессов (функций) конкретных проблемных областей, формирующих требования к информации, необходимой для реализации этих процессов;
· технические стандарты, предлагают общий набор правил для цифрового обмена информации;
· информационные стандарты управления, дают общее определение информационных элементов, атрибутов, отношений, защиты данных и достижимости данных.
Стандарты CALS обеспечивают единое представление текста, графики, информационных структур и данных о проекте, производстве и сопровождении. Также CALS-стандарты обеспечивают единый интерфейс к информации прикладных программ.
Центральное место в системе CALS-стандартов занимают стандарты серии ISO 10303, получившие название STEP (Standart
of the Exchange of Product model data). Этот набор стандартов
служит для описания данных об изделии на всех стадиях его жизненного цикла. Часть этих стандартов переведена на русский язык (ГОСТ Р ИСО 10303).
На сегодняшний день STEP обеспечивает обмен информацией между CAD/CAM/CAE/PDM-системами и охватывает:
· с точки зрения технологии – механообработку и электронику;
· с точки зрения этапов жизненного цикла – этап проектирования;
· с точки зрения описания свойств изделия – геометрию (форму и размеры).
Основными компонентами STEP являются:
· Язык Express — язык информационного моделирования, предназначенный для описания структуры информационной модели, информационных сущностей (объектов), их атрибутов и связей.
· Стандартные решения — структура физического ASCII-файла для хранения модели (так называемый «обменный файл»).
· Базовые информационные модели — готовые Express-схемы для разных прикладных областей.
Развитие CALS-технологий также находит выражение в разработке других серий стандартов, например:
· ISO 13584 Parts Library (P-Lib), содержащих основные принципы представления данных о стандартных компонентах промышленных изделий;
· ISO 15531 Manufacturing management data (Mandate), посвящен-ных представлению данных о функционировании предприятия, управ-лении производственными системами и обмену данными между про-изводством и внешней средой;
· ISO 18876 Integration of Industrial data for exchange, access and sharing (IIDEAS), обеспечивающих информационное согласование приложений и взаимодействия организаций, использующих разные стандарты;
· ISO 8879 Standard Generalized Markup Language (SGML), служащих для унификации представления текстовой информации в автоматизированных системах.
Понятие единого информационного пространства (ЕИП) является ключевым понятием CALS-технологий. В зарубежных источниках этому понятию соответствует аббревиатура EPD (Electronic Product Definition). Однако современные программные средства, обеспе-чивающие поддержку жизненного цикла изделий, разнообразны по составу, структуре, назначению и пр. Часто при использовании программного обеспечения от различных производителей, возникают проблемы, связанные с построением общих баз данных, с выбором протоколов, форматов данных, интерфейсов разнородных подсистем, с организацией совместного использования модулей при групповой работе. Организация совместного функционирования компонентов автоматизированных систем различного направления обеспечивается системами PDM. Расширение функций PDM-систем на все этапы жизненного цикла продукции превращает их в системы PLM.
Потребитель является полноправным участником жизненного цикла на этапе эксплуатации изделия и ему также необходимо обеспечить доступ в ЕИП. Однако использование для этих целей систем PDM/PLM нецелесообразно в силу их большой стоимости и значительного срока внедрения и освоения. Кроме того, потребителю обычно важны лишь эксплуатационные данные об изделии. В силу этого в качестве средства доступа к ЕИП ему предоставляют специальные интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР), которые реализуются в электронной форме на мобильном носителе (CD), либо передаются при помощи Интернет.
Можно выделить несколько классов ИЭТР, каждый из которых характеризуется определенной функциональностью и стоимостью реализации:
· бумажно-ориентированные электронные документы. В частнос-ти, отсканированные страницы бумажных руководств;
· неструктурированные текстовые электронные документы;
· структурированные документы (HTML-страницы);
· интерактивные и интегрированные базы данных.
ИЭТР обычно предоставляет пользователю следующие возможности:
· отображение информации в удобном для пользователя виде (техническое руководство, каталог деталей, информация для заказа запчастей и т. д.);
· возможность обновления информации об изделии в связи с ремонтом, модификацией, применением особых, новых материалов при обслуживании;
· возможность использования встроенных в систему документа-ции поисковых и диагностических систем.
С точки зрения концепции CALS, предусматривающей преемственность в передаче информации на всех стадиях жизненного цикла, ИЭТР – это документ, формируемый в значительной степени автоматически на основе проектного описания изделия. Если в подразделении, в котором создается ИЭТР, используется PDM-система, то все исходные материалы – текстовые, графические, звуковые и т. д. – берутся из нее в готовом виде. Информационное наполнение ИЭТР происходит главным образом на стадиях разработки и производства изделия, а применение ИЭТР на стадии эксплуатации и утилизации (рисунок 22).
Рисунок 22 – Содержание интерактивного электронного
технического руководства
4.3 Новые методологии проектирования в системах
информационной поддержки жизненного цикла изделий
Необходимость обеспечения высокого качества конструкторско-технологического проектирования сложных изделий при сокращении времени проектирования привела к разработке новых методологий проектирования.
Одной из таких методологий, получивших в последнее время широкое распространение в промышленно развитых странах, является методология параллельного проектирования Concurrent Engineering (СЕ-проектирование). В ее основе лежат следующие принципы:
· единовременность — выполнение взаимосвязанных задач в одно и то же время при максимальном использовании преимуществ управления взаимосвязанной деятельностью;
· интеграция — связывание процессов через общее управление или отчетную информацию либо управление независимыми заданиями;
· предвидение последствий проектных решений начального этапа проектирования для жизненного цикла изделия.
СЕ-проектирование позволяет в значительной мере совместить процессы формирования конструкторских и технологических решений и существенно сократить длительность технической подготовки производства.
Эффективному внедрению СЕ-проектирования в производство способствует выполнение трех основных условий:
· создание междисциплинарных рабочих групп, включающих специалистов разного профиля (конструкторов, технологов, маркетологов и т. д.), объединенных общей целью – созданием конкурентоспособного изделия;
· организация работы всех участников групп в локальной сети с обменом информацией через общую базу данных в соответствии с уровнями доступа;
· разработка автоматизированных, CALS-совместимых средств, обеспечивающих поддержку формируемых проектных решений в соответствии с особенностями данного предприятия.
Одним из направлений реализации СЕ-проектирования является методология DFMA (Design for Manufacture and Assembly), базирующаяся на методиках:
· проектирования с учетом требований сборки DFA (Design for Assembly);
· проектирования с учетом требований изготовления деталей DFM (Design for Manufacture);
· проектирования с учетом требований конкурентоспособности DFC (Design for Competitiveness).
Каждая из указанных методик реализована в соответствующих экспертных компонентах (рисунок 23). Целью их применения является упрощение конструкции изделия, исходя из особенностей структуры технологического процесса его сборки и изготовления деталей. Модуль автоматизированного проектирования ТП сборки СААР на основе модели сопоставляющих элементов собираемого изделия, импор-тируемых из модуля CAD, генерирует последовательность сборки. В результате анализа этой последовательности в модуле DFA формируют предложения по изменению конструкции составляющих элементов изделия, которые сразу же учитывают.
Рисунок 23 – Проектирование изделий по методологии DFMA
После анализа непротиворечивости процесса сборки изделия в модуле DFM выполняют анализ конструкции с позиций ее соответствия требованиям, предъявляемым при изготовлении деталей. Возможные изменения вводят в модуль CAD. Альтернативные проекты разрабатываемого изделия, сгенерированные во время анализов DFA и DFM, далее при помощи модуля DFC сравнивают между собой, а также с данными конкурентных изделий. При анализе используют развитую базу знаний, единую для всех модулей анализа системы.
В модуле СААР определяют наиболее целесообразную с позиций сборки технологическую структуру машины — иерархический порядок сборочных единиц и деталей. По своей сути модули DFA, DFM, DFC обеспечивают отработку конструкции на технологичность, выполняемую не только с позиций изготовления машины, но и с учетом характеристик ее жизненного цикла.
Таким образом, прогрессивные методологии проектирования направлены в первую очередь на совершенствование технологичности изделий и являются важнейшим компонентом общей модернизации предприятия.
4.4 Вопросы для самопроверки
1. Каковы основные требования к промышленному производству изделий машиностроения?
2. Что отражает понятие жизненного цикла изделия?
3. Каковы основные этапы жизненного цикла промышленного изделия?
4. На какие группы данных делят общий объем информации об изделии, распределенный по этапам жизненного цикла?
5. Какие виды автоматизированных систем используют на различных этапах жизненного цикла изделия?
6. Для чего необходима информационная согласованность между предприятиями, подразделениями и потребителями промышленной продукции?
7. С чем связано понятие компьютерно-интегрированного производства?
8. Что представляют собой технологии информационной поддер-жки изделия (CALS-технологии)?
9. Каковы основные цели и задачи внедрения CALS-технологий?
10. Каковы основные составляющие CALS-технологий?
11. Какие типы стандартов регламентируют применение CALS-технологий?
12. Что определяют CALS-стандарты?
13. Что содержат CALS-стандарты серии STEP?
14. Что содержат CALS-стандарты серий P-Lib, Mandate, IIDEAS, SGML?
15. Что определяет понятие единого электронного пространства?
16. Для чего служат системы PDM и PLM, интерактивные электронно-технические руководства?
17. Какие возможности предоставляют интерактивные элект-ронно-технические руководства?
18. Как формируются интерактивные электронно-технические руководства?
19. Чем вызвана необходимость разработки новых методологий проектирования?
20. Что представляет собой методика CE (параллельного проектирования)?
21. Каковы основные условия эффективного внедрения CE-проектирования на предприятии?
22. Что представляет собой методология DFMA?
Литература
1. Джонс, Дж. К. Методы проектирования / Дж. К. Джонс. – М.: –Мир, 1986. – 326 с.
2. Норенков, автоматизированного проектирования / . – М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2002. – 336 с.
3. Смирнов, моделирование / . – Бийск: Изд-во Алт ГТУ, 2006. – 103 с.
4. Корчак, С. Н. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов / и [др.]; под общ. ред. . – М.: Маши-ностроение, 1988. – 352 с.
5. Митрофанов, организация труда Машино-строительного производства / . – Л.: Машиност-роение, 1976. – 712 с.
6. Ли, К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE) / К. Ли. – СПб.: Питер, 2004. – 560 с.
7. Грувер, М. САПР и автоматизация производства / М. Грувер, Э. Зиммерс. – М.: Мир, 1987. – 528 с.
8. Автоматизированные системы технологической подготовки производства в машиностроении / под ред. . – М.: Машиностроение, 1976. – 455 с.
9. Горанский, проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. / , . – М.: Машиностроение, 1981. –
455 с.
10. Митрофанов, технологической подготовки серийного производства / , , . – М.: Машиностроение, 1974. – 360 с.
11. Цветков, -структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов /
. – Минск: Наука и техника, 1979. – 264 с.
12. Цветков, автоматизированного проектирования технологических процессов / . – М.: Машиностроение, 1972. – 240 с.
13. Иващенко, размерные расчеты и способы их автоматизации / . – М.: Машиностроение, 1975. – 222 с.
14. Автоматизация проектно-конструкторских работ и технологической подготовки производства / под ред. . – Минск: Высшая школа, 1977. – Т.1. – 344 с.; – Т.2. – 334 с.
15. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении / под ред. . – М.: Машиностроение, 1985. – 304 с.
16. Семенков, в системы автоматизированного проектирования / . – Минск: Наука и техника, 1979. – 84 с.
17. Норенков, история вычислительной техники и информационных технологий // Инженерное образование. – № 11. – 2005. – С. 111–148.
18. Норенков, поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии / , . – М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2002. – 320 с.
19. Быков, А. В. ADEM CAD/CAM/TDM. Черчение, моделиро-вание, механообработка / и [др.]. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 320 с.
20. Капустин, машиностроения /
, , . – М.: Высшая школа, 2002. – 223 с.
21. Капустин, проектирование технологических процессов / [и др.]. – М.: Машиностроение, 1983. –
255 с.
22. Кондаков, А. И. САПР технологических процессов /
. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 272 с.
23. Митрофанов, В. Г. САПР в технологии машиностроения /
[и др.]. – Ярославль: Яросл. гос. техн. ун-т, 1995. – 298 с.
24. Аверченков, В. И. САПР технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов / [и др.]. – Минск.: Выш. шк.,1993. – 288 с.
25. Челищев, проектирования технологии в машиностроении / [и др.]; под ред. . – М.: Машиностроение, 1987. – 264 с.
26. Ступаченко, А. А. САПР технологических операций /
. – Л.: Машиностроение, 1988. – 234 с.
27. Шпур, Г. Автоматизация проектирования в машиностроении / Г. Шпур, Ф.-Л. Краузе; под ред. . – М.: Машиностроение, 1988. – 263 с.
28. Матвеев, анализ технологических процессов / [и др.]. – М.: Машиностроение, 1982. – 264 с.
Учебное издание
СМИРНОВ ВИТАЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ
САПР технологических процессов
Конспект лекций для студентов специальности
151001 «Технология машиностроения»
всех форм обучения
Редактор В.
Корректор
Подписано в печать 29.12.07. Формат 60х84 1/16.
Усл. п. л. 5,44. Уч.-изд. л. 5,81.
Печать – ризография, множительно-копировальный
аппарат «RISO TR -1510»
Тираж 50 экз. Заказ 2007-86.
Издательство Алтайского государственного
технического университета,
г. Барна
Оригинал-макет подготовлен ИИО БТИ АлтГТУ.
Отпечатано в ИИО БТИ АлтГТУ.
9
САПР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Конспект лекций для студентов специальности
151001 «Технология машиностроения»
всех форм обучения
Бийск
Издательство Алтайского государственного технического
университета имени
|
[1]итерация – последовательное приближение
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |
