Полная версия

Главная arrow Информатика

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

СТАДИИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЙ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

На каждой стадии жизненного цикла изделий имеются свои целевые установки, достичь которые необходимо с максимальной эффективностью. На современных предприятиях, выпускающих сложные технические изделия, достижение поставленных целей оказывается невозможным без широкого использования автоматизированных систем (АС). Разнообразие применяемых АС на различных стадиях ЖЦ изделий обусловлено спецификой решаемых задач. Основные типы автоматизированных систем с их привязкой к тем или иным этапам жизненного цикла изделий представлены на рис. 2.1.

Промышленные автоматизированные системы, используемые на различных стадиях ЖЦ изделий Согласно [11] изделие за время своего существования проходит следующие этапы ЖЦ

Рис. 2.1. Промышленные автоматизированные системы, используемые на различных стадиях ЖЦ изделий Согласно [11] изделие за время своего существования проходит следующие этапы ЖЦ: маркетинговые исследования, составление технического задания, проектирование, технологическая подготовка производства, изготовление, поставка, эксплуатация, ремонт, утилизация.

Одним из наиболее важных этапов ЖЦ изделия является этап проектирования. Как показывает отечественный опыт [19-21], 50-70 % имеющихся дефектов в готовой машиностроительной продукции вызваны ошибками в проектно-конструкторских решениях, 20-30 % - недостатками технологии изготовления, и только 5-15 % возникают по вине рабочих.

В рамках автоматизации отдельных этапов ЖЦ изделия рассмотрим автоматизированные системы проектирования.

О системах автоматизированного проектирования

Проектирование[1], при котором все проектные решения или их часть получают путем взаимодействия человека и ЭВМ, называют автоматизированным проектированием (в отличие от ручного - без использования ЭВМ или автоматического - без участия человека на промежуточных этапах).

Системы, реализующие процесс автоматизированного проектирования, представляют собой системы автоматизированного проектирования (САПР). Термин САПР появился в начале 70-х годов. В [10] он определяется как «...проектирование, осуществляемое взаимодействием человека и ЭВМ». Под проектированием здесь понимается процесс составления математического описания, необходимого для создания в заданных условиях еще не существующего объекта.

Сокращение САПР традиционно происходит от английского сокращения CAD System. Оно соответствует различным программным системам: CAD (Computer Aided Drawing) - рисование с помощью компьютера; CAD (Computer Aided Drafting) - черчение с помощью компьютера; CAD (Computer Aided Design) - проектирование с помощью компьютера. На Западе можно встретить сокращение С ADD - черчение и проектирование с помощью компьютера.

Когда программное обеспечение САПР впервые появилось на рынке (начало 80-х годов), оно действительно воспринималось как простая замена кульмана, карандашей и других чертежных инструментов. Эволюция программного обеспечения САПР привела к тому, что системы, ранее ориентированные на чертеж, постепенно утрачивают свое значение, особенно в наукоемких областях, таких как машиностроение, самолетостроение, автомобилестроение и др. Все большее распространение получают интегрированные системы, позволяющие выполнять целый комплекс задач, связанных с проектной деятельностью: графических, аналитических, экономических,

эргономических, эстетических. Сегодня САПР - это не просто софт для проектирования. В этой области все более важным становится организация работы специалистов в едином информационном пространстве (ЕИП). Решение этой задачи способно значительно сократить сроки подготовки производства и увеличить его эффективность [23]. Кроме того, не менее важна роль внедрения САПР с точки зрения контроля качества выпускаемой продукции.

В современной трактовке в соответствии с ГОСТ 34.003-90 [24], раздел 1.1 «...Автоматизированная система - система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций». Таким образом, применение высокопроизводительных систем автоматизированного

проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа - CAM/CAD/CAE-систем стало ключевым элементом бизнеса предприятия, работающего на современном производственном рынке.

Классы систем автоматизированного проектирования. В

зависимости от решаемых практических задач и функционального наполнения, можно выделить следующие системы:

- CAD (Computer-aided design - компьютерная поддержка проектирования) - системы, предназначенные для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации. Как правило, в современные CAD-системы входят модули создания трехмерной объемной модели (детали или сборки), оформления графической (различных чертежей и схем) и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т. д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.

  • - CAM (Computer-aided manufacturing - компьютерная поддержка изготовления) - системы, предназначенные для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM-системы также называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом, используемым для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используются трехмерные модели деталей, созданные в CAD-системах.
  • - CAD/CAM - системы, обеспечивающие совместное решение

задач конструкторского и технологического проектирования. Они поддерживают как средства построения и выпуска конструкторской документации, так и программирования для обработки на станках с ЧПУ. Таким образом, в совмещенных CAD-системах объединились автоматизированные процессы проектирования (САПР) и

автоматизированные системы управления технологическими

процессами (АСУ ТП). CAD/CAM-системы позволяют вести проектирование комплексно, начиная с постановки задачи, и, кончая получением чертежей и программ для оборудования с ЧПУ. Применение таких систем позволяет сократить время разработки проекта и выполнение чертежей в десятки раз.

  • - CAE (Computer-aided engineering - поддержка инженерных расчетов) - представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу или группу задач, начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования гидродинамических и тепловых процессов, расчетов процессов литья и др. В CAE-системах также используются трехмерные модели изделий, созданные в CAD-системах. САЕ- системы называют системами инженерного анализа.
  • - CAD/CAM/CAE - системы, позволяющие решать весь комплекс перечисленных выше задач. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции без применения CAD/CAM/CAE- систем [10, 19-21]. За последние годы эти системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего ЖЦ изделий. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции, повышая, тем самым, ее конкурентоспособность.

Для решения проблем совместного функционирования компонентов САПР различного назначения, координации работы систем /CAD/САМ САЕ, управления проектными данными и проектированием используются системы, получившие название систем управления проектными данными PDM (Product Data Management - компьютерная поддержка управления проектными данными и проектированием). Системы PDM могут входить в состав модулей конкретной САПР, либо иметь самостоятельное значение и работать совместно с разными САПР.

Управление данными в едином информационном пространстве на протяжении всех этапов жизненного цикла изделий возлагается на систему PLM (Product Lifecycle Management - комплексная информационная поддержка управления жизненным циклом изделий или систем информационной поддержки жизненного цикла изделий (ИПИ)). Понятие PLM-системы на сегодняшний день трактуется двояко [19-21]: либо как интегрированная совокупность автоматизированных систем CAD/CAM/CAE/PDM и систем управления ресурсами предприятий ERP/CRM/SCM при решении различных задач, либо как совокупность только средств информационной поддержки изделия и интегрирования автоматизированных систем предприятия. Последнее практически совпадает с определением понятия CALS-технологий[2] (Continuous Acguisition and Life Cycle Support - обеспечение непрерывной информационной поддержки изделия в течение жизненного цикла. Термин CALS использовался в оборонной промышленности, в гражданской сфере распространение получили термины Product Life Cycle Support (PLCS) «Поддержка жизненного цикла изделия» или

Product Life Management (PLM) - «Управление жизненным циклом изделия»). Характерной особенностью PLM является возможность поддержки взаимодействия различных автоматизированных систем многих предприятий, т.е. технологии PLM представляют основное интегрирующее информационное пространство, в котором функционируют САПР, корпоративные информационные системы управления ресурсами ERP, PDM, SCM, CRM и другие автоматизированные системы предприятий.

Мировой рынок систем автоматизированного проектирования (моделирования) условно можно разделить на три категории: системы тяжелого и среднего класса, а также класс узкоспециализированных модулей. Подобное деление обусловлено их функциональностью, стоимостью и, как следствие, распространенностью этих систем.

Системы тяжелого класса, как принципиально новый класс, появились в начале 90-х годов. Такие системы позволяют решать широкий спектр конструкторско-технологических задач: проектирование деталей самого сложного типа, содержащих очень сложные поверхности; выполнение построения поверхностей по результатам обмера реальной детали; проектирование массивных сборок, требующих тщательной компоновки и содержащих элементы инфраструктуры (кабельные жгуты, трубопроводы); работа со сложными сборками в режиме вариантного анализа для быстрого просмотра и оценки качества компоновки изделия. Системы тяжелого класса содержат мощные гибридные трехмерные редакторы, в которых реализовано как твердотельное, так и поверхностное моделирование, а также встроены функции для различных инженерных расчетов. Они весьма сложны для освоения, требуют специальных знаний и навыков, очень дорогостоящие, однако позволяют создавать и рассчитывать модели практически любых форм. Примерами таких систем являются Pro/Engineer, Unigraphics, CATIA, EUCLID, I-DEAS, Cimatron, Ansys, LS-Dyna, Adams, Nastran, ABAQUS. Все они имеют расчетную часть CAE и используют мощные аппаратные средства, как правило, рабочие станции с операционной системой UNIX [10].

Системы среднего класса позволяют решать большинство задач проектирования базирующихся, преимущественно, на основе твердотельного моделирования, уделяя при этом немало времени и плоскому черчению. Могут иметь модули для решения типовых расчетных задач. Сравнительно недорогие, легкие в освоении, ориентированные на пользователя, то есть на обычного инженера, и не столь требовательные к аппаратным средствам, как системы тяжелого класса. Эти системы сейчас наиболее распространены и популярны: Autodesk Inventor (Autodesk Inc.), SolidWorks (SolidWorks Corp.) и т.д.

В области инженерного проектирования среди систем среднего класса есть представители не только западных компаний, но и отечественные разработки, например, российская система трехмерного твердотельного моделирования KOMTIAC-3D (разработчик фирма АСКОН, г. Санкт-Петербург) с собственным математическим ядром [24].

Узкоспециализированные модули - это, как правило, небольшие программы, автоматизирующие решение нетипичной узкопрофильной задачи конкретной отрасли промышленности или человеческой деятельности. Эти приложения могут быть как самостоятельными, так и базироваться на каких-либо программных пакетах тяжелого или среднего классов, подключаемые к модулю или библиотеке.

В энергомашиностроительных отраслях используются системы тяжелого класса - Pro/Engineer, среднего - Autodesk Inventor (Autodesk Inc.), SolidWorks (SolidWorks Corp.), SolidEdge, КОМПАС-ЗО VI5 и др. Из САПР печатных плат - ECAD (Electronic CAD/EDA - Electronic Design Automation).

Наиболее известными PDM-системами являются ENOVIA и SmarTeam (Dessault Systemes), Teamcenter (Unigraphics Solutions), Windchill (PTC), mySAP PLM (SAP), BaanPDM (BAAN) и российские системы “Лоцман»: PLM (АСКОН), PDM StepSuite (НПО "Прикладная логистика"), Party Plus (Лоция Софт). Основные разработчики САПР в энерго- и машиностроении считают целесообразным предлагать комплексные системы PLM, в состав которых входят как модули CAD/CAM/CAE, так и PDM.

Таким образом, возвращаясь к термину САПР необходимо отметить, что его современная трактовка подразумевает комплексный подход к разработке изделия и включает совокупность систем CAD/CAM/CAE.

Решение перечисленных задач проектирования и технологической подготовки производства в САПР базируется на разработке геометрических моделей изделия. Такая модель лежит не только в основе процессов проектирования и производства изделия, но и используется на всех этапах подготовки производства. При такой форме организации производства начинают эффективно функционировать сквозные процессы проектирования, опирающиеся на геометрию модели [20].

Сложность геометрии современных изделий неуклонно возрастает, и изготовление их без геометрических моделей практически невозможно. Поэтому одной из ключевых задач в САПР является разработка геометрических моделей.

  • [1] 'Проектирование - комплекс мероприятий, обеспечивающийсоздание, преобразование и представление в принятой форме образа еще несуществующего объекта.
  • [2] Концепция развития CALS технологий в промышленности России входит вперечень «Приоритетные направления развития науки и критическиетехнологии федерального уровня», утвержденный решением коллегииМинистерства промышленности, науки и технологии РФ, где отмечается каккритическая «информационная интеграция и системная поддержкажизненного цикла продукции (CALS-технологии, CAE, CAD, САМтехнологии».
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>