Введение в тему Автоматизированные системы технологической подготовки производства

7.1. Основные положения и принципы работ технологической подготовки производства

Технологическая подготовка производства — следующий этап (после проектирования) в цикле разработки нового изделия [103].

Данный этап состоит в обеспечении технологической готовности предприятия к выпуску спроектированного изделия, при соблюдении требований к качеству, срокам и объемам выпуска, а также с учетом запланированных затрат. Технологическая подготовка производства (ТПП) включает:

Целью ТПП является создание проекта технологического процесса, его технического обеспечения на основе проекта изделия. Информация, полученная на этом этапе, должна отвечать на вопрос: как нужно изготавливать изделие, чтобы оптимизировать технико-экономические показатели деятельности предприятия, его выпускающего. Эта информация создает базис нормативно-технических данных, необходимых для организации управления предприятием. Поэтому от качества информации, полученной на данном этапе и отраженной в технологической документации, в значительной степени зависят эффективность производства и качество продукции [108, 96].

Проект технологического процесса разрабатывается как компромисс между требованиями конструкции изделия и возможностями производства. Поэтому уже на начальных стадиях разработки проекта необходимо вести отработку его на технологичность, возможность реализации в конкретных производственных условиях.

Технологическое оборудование и способы его использования на производстве являются наиболее динамичными компонентами, подверженными быстрым изменениям. Поэтому решения, принимаемые при проектировании технологического процесса, должны не только отражать специфику спроектированной конструкции прибора, но и прогнозировать производственно-технологические условия на производстве.

Автоматизация технологических процессов на базе программно-управляемого от ЭВМ технологического оборудования ставит перед проектировщиками технологических процессов новую задачу — разработку соответствующих управляющих программ для такого оборудования, воплощающих в себе результаты проектирования как самого изделия, так и технологической подготовки его производства.

Объем решаемых задач и специфика проектирования технологических процессов определяют большую трудоемкость и длительные сроки проведения проектных работ на предприятии. Для повышения эффективности проектных работ — снижения стоимости и сокращения времени проектирования — необходима автоматизация технологического проектирования на базе ЭВМ [45].

Методологической основой создания систем автоматизации технологического проектирования (САПР ТП) на конкретных предприятиях является комплекс государственных стандартов, регламентирующих Единую систему технологической подготовки производства — ЕС ТПП [85-87]. В этих стандартах содержатся общие правила и положения по организации научно-технических разработок в области технологической подготовки производства, приемки и передачи их в производство, определены стадии разработки документации по организации и совершенствованию технологического проектирования, определены правила разработки технического задания (ТЗ) на разработку АТК.

В нашей стране АСТПП начали создаваться еще в 1960-х годах двадцатого века. В разработке теоретических основ построения АСТПП и достижении практических результатов большую роль сыграли отечественные ученые: С.П. Митрофанов, В.И. Аверченков, Г.К. Горанский, Н.М. Капустин, Д.Д. Куликов, В.В. Павлов, Б.С. Падун, В.Д. Цветков и многие другие. Однако та вычислительная база, на которой строились АСТПП до начала 1990-х годов, резко отличалась от привычных для нас сегодня персональных компьютеров и рабочих станций. Это были большие (по габаритам) электронно-вычислительные машины, занимавшие целые залы, с очень малым по сегодняшним меркам быстродействием и небольшими объемами оперативной и внешней памяти, практически не дающие возможности работы в интерактивном графическом режиме и т. д.

С появлением широко доступных персональных компьютеров и рабочих станций стали возможными: обеспечение каждого пользователя индивидуальным автоматизированным рабочим местом; организация вычислительных сетей; работа в интерактивном графическом режиме; электронный обмен данными; организация единых централизованных и распределенных баз данных; решение задач, требующих больших вычислительных ресурсов. Все эти возможности существенно повлияли на методы создания АСТПП, но, несмотря на это, многие основополагающие принципы построения АСТПП не потеряли своего значения. К ним относятся следующие принципы:

7.2. Содержание и иерархия работ ТПП

В своей работе АСТПП осуществляет хранение и обработку информации об изделии на протяжении всего времени его жизненного цикла, а также обеспечивает управление этой информацией. К видам информации, используемой в АСТПП, относятся [107]:

Все эти виды информации должны быть организованы в виде единой структурированной информационной модели, доступной для работы всем специалистам ТПП. Иными словами, должно быть организовано единое информационное пространство ТПП , которое позволяет:

Очевидно, что эти требования к единому информационному пространству могут быть выполнены только в том случае, если процессы конструкторского и технологического проектирования в ТПП автоматизированы. При этом проектная информация поступает в информационное пространство автоматически и становится доступной всем пользователям АСТПП в соответствии с имеющимися у них правами доступа.

Как следует из указанного выше принципа стандартизации, при построении АСТПП необходимо по возможности заниматься не разработкой собственных программных средств для автоматизации задач проектирования и управления. Необходимо стремиться к поиску уже готовых систем, которые, с одной стороны, отвечают необходимым функциональным требованиям, а с другой — уже доказали свою надежность и качество при их использовании на других предприятиях.

Такие "готовые" системы обычно являются универсальными — другими словами, обеспечивают решение достаточно широкого класса задач. Для предприятия они носят характер базовых, то есть могут быть приняты в качестве основы. При этом следует иметь в виду, что ряд из них нуждается в настройке (адаптации) к условиям конкретного производства. Настройка может заключаться в заполнении баз данных сведениями об имеющемся на предприятии оборудовании, описании форм конкретных документов, разработке алгоритмов (программ) проектирования конкретных видов инструмента или приспособлений и т. д.

Как правило, базовые системы являются разработками известных фирм, специализирующихся в данной области. Эти разработки, выполненные на высоком уровне, удовлетворяют отмеченным выше принципам модульности, открытости, эргономичности, ориентации на новые достижения.

После того как на предприятии принято решение о создании АСТПП, выполняется этап предпроектного обследования предприятия. По результатам обследования составляется техническое задание на разработку АСТПП. В нем оговариваются функции создаваемой АСТПП, ее базовые технические характеристики, стратегия и график выполнения работ, предполагаемые затраты, перечень систем автоматизации проектирования и систем управления подготовкой производства, выбранных для использования в АСТПП.

Обычно на этапе составления технического задания осуществляется выбор базовых систем для решения задач автоматизации проектирования и управления ТПП. К базовым системам для автоматизации проектирования относятся системы класса CAD/CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing) и класса CAE (Computer Aided Engineering), а к базовым системам для автоматизации управления ТПП — системы класса PDM (Product Data Management).

Правильный выбор базовых систем является достаточно сложной задачей. Здесь следует опираться на опыт других предприятий, на самостоятельные проработки и на различные аналитические данные [84].

Так, в мире существуют организации, считающиеся независимыми экспертами по проблемам CAD/CAM, CAE и PDM. К ним относятся CIMdata, Daratech, Gartner-Group, Dataquest и другие [75]. Эти организации занимаются анализом и изучением тенденций развития CAD/CAM-, САЕ- и PDM-систем, разработкой рекомендаций по их выбору. В регулярных отчетах публикуется рейтинг ведущих систем и рекомендуется область их наиболее эффективного применения. При этом используются различные источники данных и методы сбора информации: опросы пользователей, публикации, пресс-релизы фирм-разработчиков. Применяемый метод определения рейтинга систем основан на экспертных оценках.

Однако, несмотря на имеющуюся в распоряжении аналитическую информацию, процесс выбора конкретных базовых систем требует, как правило, проведения дополнительного комплекса работ, в котором участвуют ведущие специалисты разных профилей. Это обосновано, так как приобретение систем влечет за собой изменения и в организационных структурах, и в структуре персонала, и в общей культуре предприятия.

На крупных предприятиях может быть создана специальная комиссия, куда входят специалисты всех заинтересованных служб. Задачей комиссии станет разработка критериев выбора системы, оценка различных систем и поставщиков, разработка планов освоения и внедрения системы, предусматривается период опытно-промышленной эксплуатации.

Процесс создания АСТПП не может быть оторван от других мероприятий по техническому перевооружению производства. Если предприятие использует устаревшие технологии и оборудование, трудно ожидать большого эффекта от процессов компьютеризации. Поэтому руководство предприятия должно быть готово к затратам на (пусть постепенное) приобретение современного оборудования. К такому оборудованию относятся:

Значительные затраты потребуются на освоение и внедрение современных высокоэффективных технологий, которое включает:

Методологический характер ЕС ТПП состоит в том, что с учетом этих основополагающих признаков и соответствующих стандартов разрабатываются конкретные стандарты отраслей и предприятий, конкретизирующие положения. ЕС ТПП применительно к производственным условиям.

В [39] представлена укрупненная схема функционирования задач технологической подготовки производства (ТПП) (рис. 7.1).

Исходной информацией для проведения этих работ являются:

На стадии предварительного технологического проектирования решаются такие задачи:

Выходными технологическими документами на этом этапе является конструкторско-технологическая спецификация — перечень деталей и узлов изделия с указанием для каждой детали межцехового маршрута, нормы материала, размера партии запуска, длительности цикла обработки или сборки в каждом цехе.

На стадии укрупненного технологического проектирования решаются следующие задачи:

Выходными технологическими документами второго, укрупненного этапа являются:

На стадии рабочего технологического проектирования решаются такие задачи:

Выходными технологическими документами этого этапа являются:

В целом в технологическую подготовку производства входят такие операции:

Следовательно, системы автоматизированного проектирования технологии должны действовать в условиях большого разнообразия заданий на проектирование производственных ситуаций. Без автоматизации проектирования технологии в настоящее время не может эффективно работать ни автоматизированный участок, ни тем более гибкая производственная система. Автоматизация технологической подготовки производства является необходимым условием комплексной автоматизации производства и его эффективного функционирования [84]. Использование ЭВМ в решении задач проектирования стало возможно в результате применения научных основ технологии и математического аппарата. Как уже указывалось, специфика проектирования автоматизированных комплексов заключается в том, что она объединяет два направления проектирования: проектирование технологических процессов (САПР ТП) и разработку автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). Это необходимо учитывать при создании методики проектирования и оптимизации технологического процесса.

В радиоэлектронной промышленности технологические процессы изготовления изделий как в дискретном, так и в интегральном исполнении относятся к классу дискретных технологических процессов, поскольку все операции четко разделены во времени и пространстве. Кроме того, большинство операций дискретны по характеру измерений и по времени наблюдений, так как значения выходных переменных могут быть измерены, как правило, только после окончания основной операции. Поэтому создание оптимальной системы "ТП — АСУТП" приводит к необходимости проектирования АТК.

Процесс технологического проектирования таких комплексов имеет сложную иерархическую структуру. При построении подобных систем с гибким управлением особенно остро ставятся тесно связанные между собой вопросы рационального выбора схем управления, определения необходимого числа уровней иерархии, установления между уровнями правильных взаимосвязей, организации информационных потоков и создания контуров принятия решений [103]. В частности, число необходимых уровней иерархии непосредственно связано с возможностями переработки информации на каждом уровне. Виды и количество уровней зависят от сложности проектируемых объектов или процессов, а также от требуемой степени детализации информационных моделей проектов.

Из всего многообразия решаемых задач для автоматизированных систем проектирования технологических процессов можно выделить следующие уровни (рис. 7.2) [97]:

Контрольные вопросы и упражнения