Черепашков А.А., Носов Н.В. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел 5. Компьютерные технологии и моделирование в САПР

линий сканирования в фасетные модели, модуль Surfit для по-

строения по ним гладких поверхностных моделей и модуль Verify

для оперативного сравнения наборов оцифрованных данных

друг с другом и/или с CAD-моделью.

На рис. 5.13.5 показана геометрическая модель формообразу-

ющей поверхности, восстановленная по результатам измерения

материальной модели.

Рис. 5.13.5. Геометрическая модель формообразующей поверхности:

а - материальная модель; б - облако точек;

в - преобразование точек в поверхности; '

г - твердотельная геометрическая модель

С помощью Digitise и Surfit пользователь в интерактивном ре-

жиме может преобразовать результаты измерения материальной

модели или реального объекта, составляющие множество раз-

розненных точек с известными координатами X, Y и Z, в геоме-

трическую модель поверхности.

«Облако точек» может быть получено с помощью КИМ, а так-

же при использовании объемных сканеров (рентгеновских, ла-

зерных и т.д.).

FeatureCAM — новый продукт в линейке Delcam, который до-

полняет имеющиеся решения новыми возможностями:

— разработка программ для токарных станков с ЧПУ и много-

шпиндельных обрабатывающих центров;

362

5.13. Специализированные программно-методические комплексы

— полуавтоматическая генерация технологических процессов

металлообработки по данным анализа конструктивных особен-

ностей деталей.

Системы Power Solution могут импортировать данные из дру-

гих автоматизированных систем либо через стандартные форма-

ты обмена, такие как IGES, Parasolid и STEP, либо через прямые

интерфейсы к следующим системам: С ADDS, SolidWorks, CATIA,

Unigraphics, ProEngineer.

Компания Delcam успешно сотрудничает со многими вузами

России. Более 40 российских высших учебных заведений офи-

циально используют лицензионные продукты Delcam, а в наибо-

лее продвинутых из них организованы авторизованные учебные

центры. Фирмой даже проводится для России специальный кон-

курс студенческих работ на именные премии. Неоднократными

победителями этого конкурса, в разные годы, становились сту-

денты СамГТУ.

Как и другие специализированные промышленные системы,

программно-методические комплексы серии Power Solution от

Delcam могут использоваться автономно на локальных автома-

тизированных местах или интегрироваться в виде подсистем

с продукцией других производителей, в том числе и тяжелого

класса. Например, иркутский авиационный завод выбрал в ка-

честве основных компонент корпоративной системы продук-

цию UGS, но для производства изделий сложной формы там

используются подсистемы Delcam [121]. Причем PowerMILL

в самой полной (пятиосевой) комплектации поставляется

в Россию чаще, чем в США, что положительно характеризует

потенциал отечественной промышленности в области высоких

технологий.

5.14. Типовой состав модулей

машиностроительной САПР

За последние годы уже сложился типовой состав модулей

и подсистем, которые входят в состав практически любой уни-

Ве

рсальной системы (табл. 5.14.1).

363

Раздел 5. Компьютерные технологии и моделирование в САПР

Таблица 5.14.1

Примерный функциональный состав машиностроительной САПР

Базовая (инвариантная) часть системы, обеспечивающая

геометрическое моделирование технических объектов (САР)

- Гибридное твердотельное и поверхностное моделирование деталей.

- Моделирование и анализ больших сборок неограниченного размера

и степени вложенности компонент.

- Параметризация 2D- и ЗО-моделей деталей и сборок.

- Получение ассоциативных плоских проекционных видов, разрезов

и сечений.

- Анализ интерференции компонент.

- Расчет геометрических параметров деталей и сборок.

Модули промышленного дизайна,

компьютерной графики и виртуальной реальности

- Создание фотореалистических изображений деталей и сборок

(моделирование сцен и подложек, источников света, теней).

- Управление цветом, текстурами и оптическими свойствами поверх-

ностей, прозрачностью тел.

- Рендеринг и визуализация растровых изображений геометрических

моделей с использованием различных технических средств.

- Анимация геометрических и графических моделей (в том числе моде-

лирование разнесения и кинематики движения частей сборок).

Подсистема компьютерного конструирования и инженерной графики,

обеспечивающая учет стандартов и нормалей машиностроения

- Автоматизация моделирования конструктивных элементов машино-

строительных изделий (фаски, скругления, отверстия, ребра жесткости

ит. п.).

- Создание и использование параметрических фрагментов типовых

конструктивных элементов (проточки, вырезы, бобышки и пр.).

- Автоматизация нанесения размеров и обозначений на чертежах.

- Автоматизация разработки и оформления эскизов и чертежей в соот-

ветствии с определенной системой стандартов и правил (форматы, шабло-

ны оформления, печать документов).

- Автоматизация подготовки машиностроительных спецификаций, ве-

домостей, табличных и текстовых конструкторских документов.

Прикладные модули и подсистемы проектирования изделий

с учетом специфики изготовления и эксплуатации

- Проектирование штампованных деталей из листовых материалов.

- Трассировка трубопроводов, электропроводки и других коммуникаций.

- Автоматизация проектирования металлических сборных и сварных

конструкций и т. д.

364

5.14. Типовой состав модулей машиностроительной САПР

Объектно-ориентированные проектно-конструкторские

подсистемы, обеспечивающие автоматизацию

расчетно-графических работ

_ Автоматизация проектирования зубчатых соединений и редукторов.

_ Автоматизация проектирования металлоконструкций из профилей.

_ Автоматизация разработки штампов для листовой штамповки.

_ Автоматизация разработки штампов для объемной штамповки.

- Автоматизация проектирования пресс-форм для деталей, изготовляе-

мых из пластмасс и т\д. __

Подсистема инженерного анализа на базе МКЭ,

обеспечивающая моделирование физического

состояния конструкций и процессов (CAE)

- Модули для инженерного анализа с использованием МКЭ, в том числе

моделирование и анализ силовой работы конструкций.

- Моделирование и анализ физических полей, течения жидкости и газа,

термодинамики и других процессов.

- Моделирование поведения машин и механизмов, в том числе аэроу-

пругости и динамики движения и т. д.

Подсистема автоматизации проектирования

технологических процессов

и разработки технологической документации

(САРР-САПР ТП)

- Проектирование технологических процессов по процессам-аналогам.

- Проектирование ТП на базе конструктивно-технологических параме-

тров (элементов).

- Расчет режимов резания, сварки, термообработки.

- Планирование сборочных операций.

- Трудовое и материальное нормирование.

- Генерация и оформление технологических карт и ведомостей.

Подсистема моделирования технологических процессов

металлообработки и программирования оборудования

с ЧПУ(САМ/СШ)

- Модуль разработки управляющих программ для фрезерных станков

с ЧПУ.

- Модуль разработки управляющих программ для токарных станков

и обрабатывающих центров.

| - Модуль разработки программ для электроэрозионного оборудования.

- Модуль разработки программ для раскроя листового материала,

-ит. д.

365

Раздел 5. Компьютерные технологии и моделирование в САПР

Продолжение таблицы 5.14,

Подсистема реверсивного инжиниринга,

измерения и контроля материальных моделей

— Модуль сопряжения с цифровыми контрольно-измерительными ма-

шинами и устройствами.

— Модуль восстановления геометрической модели по облаку точек.

— Модуль автоматизации измерения деталей сложной формы, анализа

и сравнения их с геометрической мастер-моделью.

— Модуль обмена данных и сопряжения с цифровыми установками сте-

реолитографии и быстрого прототипирования (PR) и т. д.

Модули и средства системной интеграции (PDM),

обмена данными и прикладного программирования (API)

— Подсистема управления инженерными данными и организации груп-

повой работы пользователей.

— Модули трансляции моделей в стандартные и популярные форматы

хранения и передачи данных.

— Модули интеграции с другими системами автоматизации и управле-

ния.

— Средства пользовательского интерфейса для прикладных систем (API/

SDK) ит. д.

Библиотеки и базы данных,

стандартных и нормализованных деталей.

Электронные конструкторские

и технологические справочники

— База данных шаблонов конструкторских документов.

— Библиотека типовых фрагментов чертежей и схем.

— Библиотека типовых общетехнических нормалей: крепежа, подшип-

ников, профилей и пр.

— Библиотека деталей трубопроводов и вентиляции.

— Библиотека конструкторских обозначений и технических требова-

ний.

— Библиотека геометрических конструктивов: отверстий, проточек, ка-1

навок, пазов, бобышек и пр.

— Библиотека деталей штампов и пресс-форм.

— Справочник материалов и сортаментов.

— База данных шаблонов технологических документов.

— Библиотека технологических обозначений и текстов.

— Справочник технологического оборудования.

— Справочник станочных приспособлений и инструментов.

— и

т. д. |

366

5.15. Основные закономерности

и тенденции развития промышленных

автоматизированных систем

В свое время революционные перевороты в компьютеризации

промышленности произвели интерактивная графика, доступные

САПР для ПК, затем системы объемного геометрического мо-

делирования и, наконец, развитие концепции информационной

поддержки жизненного цикла продукции. В промежутке между

качественными скачками компьютерных технологий происхо-

дит постоянное эволюционное развитие средств автоматизации

и поиск новых направлений для роста. С каждой новой версией

растут функциональные возможности программных продуктов

всех классов, увеличивается производительность, а многие огра-

ничения снимаются.

В XXI веке продолжается начатая в 1990 годы глобализация

компьютерной индустрии, в результате которой отмечается со-

кращение количества малых и независимых производителей

средств автоматизации, укрупнение и объединение профессио-

нальных фирм-разработчиков и интеграторов автоматизирован-

ных систем промышленного назначения.

На поле тяжелых САПР проявляются две основные тенден-

ции - расширение функциональности трех ведущих корпораций

за счет поглощениях более мелких компаний и продолжающее-

ся активное продвижение концепции PLM (Product Lifecycle

Management), подразумевающей комплексную компьютериза-

цию всех этапов жизненного цикла продукции и, прежде всего,

проектирования и конструкторско-технологической подготовки

производства.

Аналитиками ведущих изданий, посвященным проблематике

САПР [150, 107], отмечается, что на Западе рынок тяжелых ав-

томатизированных систем уже полностью сложился и стабили-

зировался. Крупные промышленные предприятия и концерны

Уже определились с выбором стратегии компьютеризации. Не-

обходимость развития и постоянного совершенствования про-

граммного обеспечения в значительной мере превращает раз-

работчиков в сервисную организацию по работе с постоянными

367

Раздел 5. Компьютерные технологии и моделирование в САПР

клиентами. Существует мнение, что дальнейшее развитие пол-

номасштабных программно-методических комплексов САПР

предлагаемых на мировом рынке, будет идти за счет специализи-

рованных отраслевых решений. По прогнозу компании Gartner

в ближайшие годы самой перспективной станет разработка си-

стем решений по заказу. Эти решения будут обладать всеми не-

обходимыми функциональными возможностями для адаптации

к условиям работы конкретного предприятия.

Критически важным фактором станет интеграция между PLM

и системами планирования и управления производством (ERP). З

счет использования унифицированных стандартов и моделей дан-

ных улучшится обеспечение совместимости различных систем.

Предполагается дальнейшее совершенствование распреде-

ленных систем на основе Internet-технологий (Intranet, WEB),

виртуальных предприятий. В промышленные системы будут

широко внедряться технологии виртуальной реальности и моде-

лирование с использованием интеллектуальных операций и тех-

нологий управления знаниями (knowledge-system).

Для возрождающейся российской индустрии в новом столе-

тии проблема выбора средств и методов как никогда актуальна.

Не случайно в последние годы отмечается повышенная актив-

ность всех ведущих западных производителей на российском

рынке - активно открываются представительства, проводятся

фирменные конференции, семинары и презентации.

За прошедшие с начала появления тяжелых САПР годы сто-

имость лицензии на них снизилась от нескольких сотен тысяч

до десятков тысяч долларов и приблизилась к верхнему уровню

цены популярных зарубежных средних систем.

Основная тенденция в развитии средних и легких систем -

это сближение функциональных возможностей базовых модулей

и их основных тактико-технических характеристик. С момента

появления общепринятой классификации систем на тяжелые,

средние и легкие произошли значительные изменения в функ-

циональности всех классов и разновидностей САПР. Систе-

мы различного уровня развиваются параллельно, причем грань

между ними постоянно смещается.

В то время как системы класса high-end активно развивают

методы и средства системной интеграции и управления жиз-

368

5.15. Основные закономерности и тенденции развития

369

нным циклом изделий, в функционале тех систем, которые

н0СИ

лись к среднему и даже легкому классу, также появилось

ого новинок, которые прежде считались прерогативой тяже-

лых решений. Например, отсутствие ограничений на сложность

размер моделей, использование объемной графики, сетевых

во3

можностей и пр.

По возможностям геометрического моделирования средний

класс постепенно догоняет системы высокого уровня, да и сами

middle-CAD практически уже выровнялись по своим базовым

функциям. Сейчас уже трудно найти разницу в универсальных

функциях систем разного уровня (см. табл. 5.3.1) - то же гибрид-

ное геометрическое моделирование, параметризация, большие

сборки и пр.

В состав комплексов, предлагаемых разработчиками САПР,

добавляются объектно-ориентированные подсистемы: инже-

нерного анализа, программирования ЧПУ и др.

В связи с быстрым прогрессом вычислительной техники име-

ются объективные предпосылки, что в ближайшие годы сравня-

ются требования к минимальным характеристикам технических

средств, и для САПР различного класса будут использоваться

практически одинаковые персональные компьютеры.

В XXI веке разработчики стали активно добавлять в mainstream-

системы всевозможные средства для управления технической

документацией и структурой проектов (PDM), для поддержания

коллективной работы, трансляторы данных и другие средства

интеграции. На рынке появились предложения средних и даже

легких PDM.

В результате средние САПР постепенно превращаются в

мини-системы для управления жизненным циклом изделия, по-

зволяющие создавать, хранить, администрировать и коллектив-

но использовать проектные данные в единой интегрированной

среде. Таким образом, расширяя возможности средних систем за

Пределы простого проектирования, разработчики открыли доступ

технологии PLM предприятиям малого и среднего бизнеса.

Итак, история повторилась на новом витке. В свое время

Редние САПР позволили небольшим компаниям перейти на

Трехмерное проектирование. А сегодня они предоставляют им

Возможность начать внедрение PLM. И хотя перейти на эту

Раздел 5. Компьютерные технологии и моделирование в САПР

перспективную технологию нелегко, поскольку ее внедрены

сопровождается серьезными организационными и технологич

скими изменениями, она позволяет решить главную задачу пр

[

изводственников - повышение конкурентоспособности пр

дукции. Промышленные гиганты уже приступили к реализации

PLM с помощью тяжелых продуктов, а теперь их примеру могут

последовать и предприятия малого и среднего бизнеса.

В своем развитии не отстают и изначально низкоуровневые

системы промышленной автоматизации. Например, сегодня на

рынке конструкторских САПР практически нет программно-

методических комплексов, которые не обладали бы параметри-

ческими возможностями. Твердотельное и даже гибридное объ-

емное моделирование также перестало быть признаком систем

высокого класса.

Многие фирмы-производители САПР появились, развились

и процветают благодаря продажам легких систем. Популярность

локальных систем среди пользователей пока еще традиционно

высока, и благодаря этому данный класс промышленных авто-

матизированных систем динамично развивается.

На российских предприятиях легкие системы составляют по-

давляющую массу автоматизированных рабочих мест. Медлен-

но, но неуклонно идущий процесс перехода промышленности

и бизнеса с контрафактного на лицензионное программное обе-

спечение только усилит эту тенденцию. Действительно, зачем на

рабочих местах большинства ИТР устанавливать программное

обеспечение большой стоимости, когда будет использоваться

только незначительная часть функций? Кроме того, отечествен-

ные программы не только дешевле обходятся, но и полнее соот-

ветствуют отечественным стандартам, легче осваиваются, под-

держиваются местными представителями и сопровождаются на

родном языке. И, самое главное, полностью обеспечивают реше-

ние инженерных задач массовых профессий.

Как отмечают сами разработчики полномасштабных систем,

клиенты выбирают тяжелые системы не из-за выдающихся

CAD/САМ функций, а из-за потребности в полноценном PLM-

решении проблем предприятия или даже целой корпорации-

Если для пользователя необходимо локальное рабочее место

конструктора или технолога, то целесообразно выбрать систему

370

5.15. Основные закономерности и тенденции развития

едН

его класса. Некоторыми учеными и специалистами в об-

ср

сти

САПР высказывается предположение об эволюционном

растании средних систем в класс высших достижений. Од-

ако, скорее всего, это не удастся большинству современных ли-

деров среднего класса.

Многие средние системы в значительной мере хуже интегри-

руются в состав PLM-решения даже своей родной фирмы. В ряде

случаев это делается разработчиками сознательно, чтобы под-

держать коммерческую политику старшей фирмы. Например, до

сих пор нет прямой и обратной интеграции между CATIA и DS-

SolidWorks, хотя Solid Works Corp. давно принадлежит Dassault

Systemes. Пока корпорации-поставщики систем высоких дости-

жений одновременно являются и поставщиками средних систем,

прогнозы о переходе SoldEdge или SWR в класс Hight-end не име-

ют экономических оснований. Другое дело, Autodesk или даже

независимые российские фирмы-разработчики. У них никогда

не было «старших сестер», они избавлены хотя бы от внутренней

конкуренции. У независимых производителей есть возможность

занять на развивающемся российском рынке места интеграторов

PLM-решений.

На основе анализа тенденций развития промышленных си-

стем автоматизации можно сделать вывод о перспективе сохра-

нения и развития сложившейся иерархии средств автоматиза-

ции, включающих три следующих основных уровня.

Документо-ориентированные комплексы и компоненты, основ-

ное назначение которых состоит в автоматизации разработки

и использования технической документации, а также подержа-

нии актуальности документов при изменениях и модификациях

изделий. Основным предметом и результатом профессиональ-

ной деятельности пользователей САПР (конструкторов, техно-

логов, производителей работ, работников служб маркетинга и

снабжения) с такими средствами автоматизации является согла-

сованный пакет электронных документов (Electronic Document).

Главные требования к документо-ориентированным средствам

автоматизации: максимальное соответствие разрабатываемых

нроектно-конструкторских и технологических документов

ECKD/ЕСТД, простота освоения и использования комплек-

са средств автоматизации, минимизация расходов, связанных

371

Раздел 5. Компьютерные технологии и моделирование в САПР

с приобретением техники и программного обеспечения, внед

Ре

нием и сопровождением системы.

Для таких целей и задач необходимо, прежде всего, 2D.

геометрическое моделирование, используемое для инженерной

графики, и обширное информационное обеспечение, содержа-

щее многочисленные справочные материалы, библиотеки стан-

дартных элементов, электронные архивы. Применение любых

других методов и средств компьютерного моделирования целесо-

образно в той мере, насколько это способствует решению основ-

ной задачи. Например, ЗО-модели могут быть успешно использо-

ваны для получения плоских проекционных видов, ускоряющих

создание чертежей, а использование объектно-ориентированных

подсистем позволяет автоматизировать инженерно-технические

расчеты и определенные проектные процедуры.

Продукто-ориентированные комплексы и компоненты САПР,

автоматизирующие процесс создания электронной модели из-

делия на основе объемного геометрического описания (Electronic

Product Definition). Наличие ЗО-модели дает возможность ком-

плексного решения инженерных задач: проектирования деталей

сложной формы, моделирования больших сборок, моделирова-

ния кинематики и динамики машин и механизмов, инженерно-

го анализа работы конструкций, физического моделирования

технологических процессов, программирования оборудования

с числовым управлением и пр.

Подсистемы разработки технической документации логиче-

ски дополняют такие высокопрофессиональные автоматизиро-

ванные системы.

PLM-ориентированные комплексы и компоненты САПР, обе-

спечивающие создание и использование полного электронного

описания объекта на протяжении всего жизненного цикла изде-

лий (Product Data Management).

Применение таких средств автоматизации позволяет сформи-

ровать и непрерывно актуализировать интегрированную элек-

тронную информационную модель изделия, необходимую на

всех основных этапах ЖЦ, включая маркетинг, концептуальное

и рабочее проектирование, технологическую подготовку, а так-

же производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию машино-

строительной продукции. Очевидно, что концепция информа-

372

5.1 5. Основные закономерности и тенденции развития

нНО

й поддержки ЖЦИ включает в себя задачи создания всех

обходимых для проектирования и производства специализи-

ва

нных электронных моделей и поддержания электронного

технического документооборота.

В процессе комплексной автоматизации проектирования

конструкторско-технологической подготовки производ-

ства на базе единого информационного пространства в составе

pLM-системы интегрируются CAD-, САМ-, CAE- и другие не-

обходимые комплексы и компоненты. Создание PLM позволя-

ет получить новый качественный эффект сокращения сроков,

повышения качества и производительности за счет перехода от

«компонентно-центрического», последовательного проектирова-

ния изделия на «изделие-центрический» процесс, выполняемый

проектно-производственными командами, работающими кол-

лективно и параллельно.

Таким образом, предлагаемые на мировом рынке САПР

программно-методические комплексы и компоненты промыш-

ленных автоматизированных систем целесообразно сопоставлять

не по сложности, аппаратной платформе или цене, а по назначе-

нию. Причем средства автоматизации разных классов должны не

конкурировать, а поддерживать и дополнять друг друга.

Используя эти модули, можно выбрать (скомплексировать)

необходимую для конкретного предприятия конфигурацию

программных продуктов и информационного обеспечения, ав-

томатизирующую весь комплекс задач технической подготовки

производства и пригодную для создания интегрированной авто-

матизированной системы, поддерживающей все производствен-

ные этапы жизненного цикла изделий машиностроения.

5.16. Вопросы для самоконтроля

1- Дайте определение, поясните назначение и место САПР

°бщем комплексе задач автоматизации машиностроительного

Производства.

2. Расшифруйте аббревиатуру, дайте определение и поясните

Назначение CAD-система.

373

Раздел 5. Компьютерные технологии и моделирование в САПР

3. Расшифруйте аббревиатуру, дайте определение и пояснит

назначение САМ-системы.

4. Расшифруйте аббревиатуру, дайте определение и поясните

назначение САЕ-системы.

5. Расшифруйте аббревиатуру, дайте определение и поясните

назначение САРР-системы.

6. Расшифруйте аббревиатуру, дайте определение и поясните

назначение PDM-системы.

7. Поясните значение и содержание концепции комплексно-

го моделирования в САПР.

8. Дайте ретроспективный обзор развития промышленных ав-

томатизированных систем.

9. Опишите историю автоматизации машиностроения в России.

10. Перечислите основные этапы развития САПР.

11. Какие стандарты и регламенты информационных систем

и технологий вам известны?

12. Перечислите основные отечественные стандарты, касаю-

щиеся САПР.

13. Дайте определение САПР по стандарту и поясните роль

системного подхода к разработке и внедрению автоматизиро-

ванных систем предприятия.

14. Приведите и прокомментируйте структурную схему

САПР.

15. Перечислите основные средства обеспечения САПР.

16. Что входит в состав программно-методических и прог-

раммно-технических комплексов?

17. Поясните и подкрепите примерами международную клас-

сификацию САПР.

18. Приведите классификацию САПР и поясните роль и на-

значение специализированных систем.

19. Приведите классификацию САПР и поясните роль и на-

значение тяжелых систем.

20. Приведите классификацию САПР и поясните роль и на-

значение автоматизированных систем среднего класса.

21. Приведите классификацию САПР и поясните роль и на-

значение легких систем.

22. Приведите классификацию САПР и поясните роль и на-

значение интегрированных САПР.

374

5.16. Вопросы для самоконтроля

23. Приведите классификацию САПР и поясните роль и на-

значен^ полномасштабных автоматизированных систем.

24. Приведите обзор полномасштабных программно-

одических комплексов на примере решений, разрабатывае-

мы* Simens PLM Software.

25. Опишите отличительные особенности программно-

методических комплексов, разрабатываемых Dassault Systemes.

26. Дайте обзор и классификацию программно-методических

комплексов, разрабатываемых Solidworks Corp.

27. Перечислите отечественные машиностроительные САПР.

28. Приведите обзор типовых программно-методических ком-

плексов САПР на примере известных решений.

29. Опишите состав и назначение САПРТП на примере ВЕР-

ТИКАЛЬ.

30. Опишите состав и назначение средней САПР на примере

КОМПАС.

31. Опишите состав и назначение информационного обеспе-

чения САПР.

32. Опишите состав и назначение типового пакета приклад-

ных параметрических библиотек машиностроительной САПР.

33. Дайте анализ специализированных САПР на приме-

ре программно-методических комплексов, разрабатываемых

Delcam Pic.

34. Опишите типовой состав модулей машиностроительной

САПР.

35. Опишите и обоснуйте основные закономерности и тен-

денции развития промышленных автоматизированных систем.

375

Раздел 6. СОЗДАНИЕ, ВНЕДРЕНИЕ

И ИНТЕГРАЦИЯ

ПРОМЫШЛЕННЫХ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

СИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ

За годы своего развития компьютерные средства и техноло-

гии промышленной автоматизации прошли путь от сравнитель-

но простых пакетов программ, предназначенных для решения

частных инженерных задач и офисного делопроизводства, до

сложных систем, обеспечивающих автоматизацию практически

всех производственных процессов. Компьютеры могут исполь-

зоваться на современном предприятии повсеместно, начиная от

оформления заказов в службе маркетинга, при проектировании

и технологической подготовке производства, для управления ре-

сурсами и оборудованием, вплоть до информационной поддерж-

ки поставок и ремонта и утилизации изделий [17, 24, 35, 56, 58].

В начале нового века в области автоматизации промышлен-

ности со всей очевидностью стала заметна тенденция к созда-

нию больших интегрированных автоматизированных систем

(АС), включающих в свой состав системы автоматизации про-

ектирования, системы управления предприятиями и техноло-

гическими процессами, информационные, коммуникационные

и другие компьютерные системы и комплексы [17]. Современное

машиностроение развивается в направлении полного перевод

на компьютерные технологии всех этапов жизненного цикла из-

делий (ЖЦИ) [24, 58]. Многочисленные зарубежные примера

и начинающий появляться отечественный опыт показывают, чТ°

376

аЗД

ел 6. Создание, внедрение и интеграция систем и технологии

377

рофессиональном и научно обоснованном подходе к реа-

заН

иИ

проектов комплексной компьютеризации предприятий

^ается существенно сократить время на разработку новых изде-

ий- обеспечить ускоренное внедрение инноваций, одновремен-

но повысив качество и конкурентоспособность продукции [109,

|Ю]. Однако известны и отрицательные последствия неумелой,

неполной или неподготовленной автоматизации проектирова-

ния и производства [107, 150].

Исторически для автоматизации каждого этапа ЖЦИ разраба-

тывались локальные программные пакеты, которые устанавлива-

лись на ограниченном числе автоматизированных рабочих мест

и использовались независимо, в разделенных по профессиональ-

ному признаку отделах и группах специалистов, вовлеченных

в различные бизнес-процессы предприятия. Типичный для со-

временного высокотехнологического производства комплексный

подход к компьютеризации предполагает не только массовую, но

и обязательно согласованную, совместную и целостную автомати-

зацию решения инженерно-технических и управленческих задач,

выполняемых проектными, технологическими, производствен-

ными и иными подразделениями предприятия. В этом случае все

основные постоянно используемые на предприятии локальные

программы и компьютерные системы производственного назна-

чения должны быть определенным образом связаны (интегриро-

ваны) в единую общую инфраструктуру, так называемую «PLM-

систему» (от английского Product Life cycle Management — система

Управления жизненным циклом изделия) [95, 163].

В PLM системная интеграция происходит, прежде всего, на

информационном уровне. Объединение и сквозное использова-

ние всех компьютерных моделей и данных, создаваемых на инже-

нерных этапах жизненного цикла продукции, позволяют сфор-

мировать полное информационное описание изделия (комплексную

Модель). Для этого все процессы разработки и обращения про-

бной, технологической и организационной документации,

Прикладных моделей и данных необходимо производить в среде

ДИного информационного пространства (ЕИП), предполагаю-

щего создание общего электронного хранилища информации,

обязательную регламентацию процедур и правил информацион-

но обмена.

6.1. Концепция комплексной информационной

поддержки жизненного цикла изделий

Одной из главных тенденций развития компьютерных техно-

логий в современной промышленности является комплексная

автоматизация всего жизненного цикла продукции. Методоло-

гической основой для пропаганды и развития идей комплекс-

ной автоматизации и интеграции в настоящее время выступает

стратегия CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support — не-

прерывное развитие и поддержка жизненного цикла продукции на

основе новых информационных технологий), получившая в России

название ИЛИ (Информационная поддержка производства изде-

лий) [17, 24, 35]. Многие подходы и средства CALS/ИПИ, кото-

рые изначально создавались для компьютеризации жизненного

цикла военных заказов, оказались весьма действенным сред-

ством для сокращения сроков и повышения эффективности раз-

работки практически любых промышленных изделий.

В индустриально развитых странах достижения комплексной

автоматизации широко используются в сложном машинострое-

нии (авиа-, авто- и пр.), где в цепочке прикладных систем, под-

держивающих этапы жизненного цикла изделия, в наибольшей

мере разработаны технологии интеграции для CAD/CAM/CAE-

систем [32]. Практически все ведущие фирмы-разработчики

САПР в настоящее время активно создают собственные средства

управления инженерными данными, и к аббревиатуре, обозна-

чающей область интересов фирм, занимающихся автоматизаци-

ей промышленности, прочно добавилась еще одна компонента

(.../PDM — Product Data Management). Причем зарубежные ком-

мерческие фирмы-интеграторы не стали использовать Р

оЖ

денный в военном ведомстве НАТО термин CALS, который

также хорошо прижился в отечественных стандартах, а преД'

378

жили свою аббревиатуру PLM (Product Life Cycle Management)

[95

163]-

В отличие от термина CALS/ИПИ, который стандартом опре-

деляется исключительно как методология, аббревиатура PLM ис-

пользуется производителями САПР и для обозначения методики

так называемое «расширенное определение PLM» показано на рис.

6 1 1) и для обозначения конкретной автоматизированной систе-

мы разработанной для определенного предприятия. В этом слу-

ае пишется: «PLM-решение» или «PLM-система» (рис. 6.1.2).

Создание PLM-системы — это достаточно длительный про-

цесс, затрагивающий деятельность большинства служб и под-

разделений предприятия. Задачи, решаемые с помощью CALS/

ИПИ/РЕМ-технологий, выходят далеко за рамки автоматизации

конструкторско-технологической подготовки производства, а на од-

но из ведущих мест ставятся проблемы управления информацией,

создаваемой и используемой в процессах проектирования, произ-

водства и эксплуатации, в том числе автоматизация производствен-

ной логистики и управления качеством выпускаемой продукции.

Достаточно серьезным основанием для внедрения и развития

на предприятии сложной и дорогостоящей автоматизированной

системы могут быть только научно подтвержденные исследова-

ния, функциональные модели, профессиональный проект си-

стемы и веские экономические предпосылки.

6. Т. Т. Экономические преллосылки СА1Б/ИПИ/Р1М

С конца прошлого века на мировом рынке изделий машино-

строения наметился ряд объективных тенденций, в значитель-

ной мере определяющих направление развития материального

Производства, в том числе следующие [24]:

/. Повышение сложности и ресурсоемкости изделий. Промыш-

ленные изделия становятся все более развитыми по своей струк-

^Ре, составу и используемым для их изготовления технологи-

ям. Усложнение изделий и технологий в свою очередь приводит

Повышению потребностей в ресурсах, необходимых для их раз-

Работки, производства и эксплуатации.

2. Усиление конкуренции на рынке. Одновременно с увеличе-

нием сложности изделий увеличивается конкуренция между их

379

В настоящее время программно-методические комплек

и компоненты PLM-систем разрабатываются и активно внедп

ются всеми ведущими производителями промышленного пр*'

граммного обеспечения как за рубежом, так и у нас в стране, л

Раздел 6. Создание, внедрение и интеграция систем и технологий

Рис. 6.1.1. Организационно-технические методы и технологии

повышения эффективности жизненного цикла изделий

380

Концепция комплексной информационной поддержки жизненного цикла изделий

«Всеобщее управление качеством» (Total Quality Management —

_ «Управление ресурсами предприятия» (Enterprise Resource

planning- ERP).

Сюда же мы будем относить и эволюционных предшественни-

ков ERP, методы «управление потребностью в материалах» (MRP —

Material Requirements Planning) и управление производственными

ресурсами» (MRP-II — Manufacturing Resource Planning).

В ряду современных методов повышения конкурентоспособ-

ности производства свое место прочно заняла и методология

информационной поддержки жизненного цикла изделий CALS/

ИЛИ.

Методология CALS/MnH/PLM хорошо сочетается с первы-

ми двумя методами. В этом случае PDM-система выступает как

инструмент автоматизации управления качеством, а ее инфор-

мационные базы содержат полный набор инженерных данных

об изделиях, необходимых для успешного функционирования

ERP-системы.

Рис. 6.1.2. Место PLM-системы и автоматизированных

систем управления в жизненном цикле изделия

381

производителями, которая вызывает снижение прибыли и р

табельности производства.

3. Расширение и углубление кооперации между участника^

производственного цикла, возникшее как следствие глобализации

экономики и развития разделения труда. Для создания и прод

Ви

жения на рынок промышленных изделий приходится объединять

усилия разрозненных и удаленных разработчиков, производите,

лей и поставщиков. Благодаря развитию средств коммуникации

и глобальных компьютерных сетей все шире применяются так

называемые «виртуальные предприятия» (ВП) и организации.

Все более острой и актуальной для каждого производителя

становится проблема повышения конкурентоспособности своих

изделий. Для достижения этой жизненно необходимой цели за-

действуются все возможные средства и методы. Наиболее извест-

ными организационно-техническими методами повышения эф-

фективности производства являются следующие (см. рис. 6.1.1):