Введение в тему "Автоматизированные системы технологической подготовки производства"

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]:

• информация о деталях и сборочных единицах изделия;
• информация о технологических процессах изготовления изделия;
• информация об используемых средствах технологического оснащения;
• нормативно-справочная информация;
• планово-учетная информация.

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:

• принимать и хранить проект изделия в электронном виде;
• эффективно отслеживать текущее состояние ТПП изделия;
• организовывать быстрый авторизованный просмотр всех моделей и документов;
• обеспечивать оперативный обмен информацией между пользователями АСТПП;
• обеспечивать информационную согласованность работы всех подсистем АСТПП;
• поддерживать открытость АСТПП, удобство адаптации к меняющимся условиям производства;
• обеспечивать информационный обмен с автоматизированной системой управления производством (АСУП).

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:

• станки с числовым программным управлением (ЧПУ);
• контрольно-измерительные машины;
• новые термопластавтоматы;
• установки для быстрого прототипирования изделий (получение физических образцов по компьютерным моделям).

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

• широкую унификацию и типизацию элементов технологического проектирования;
• оптимизацию применительно к конкретным условиям производственно-технологических решений;
• рационализацию документации и документооборота;
• совершенствование и повышение уровня стандартизации элементов и процессов технологической подготовки производства;
• рациональную механизацию и автоматизацию объектов и процессов при проектировании.

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).

Рис. 7.1. Укрупненная схема функционирования задач ТПП

Исходной информацией для проведения этих работ являются:

• технические условия к техническому заданию (ТЗ) на САПР (производственная программа);
• характеристики изделий;
• основные направления технологии в целом и по отдельным операциям (заготовки, обработки, сборки);
• основные направления по проектированию технологического оснащения;
• степень механизации и автоматизации производственных процессов;
• чертежи объектов производства;
• состав и краткая характеристика цехов;
• технологические разработки по изготовлению опытных образцов изделия;
• типовые техпроцессы, нормативы расхода материалов.

На стадии предварительного технологического проектирования решаются такие задачи:

• разработка перечня деталей, агрегатов, узлов, покупных изделий и полуфабрикатов, входящих в проектируемый объект;
• разработка графика проектирования и изготовления специальной оснастки;
• расчет норы расхода материалов;
• предварительное нормирование изготовления деталей, узлов, изделий;
• расчет загрузки цехов и необходимых мощностей.

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:

• проектирование укрупненных маршрутных технологий;
• проектирование заготовок;
• проектирование карт сборки;
• укрупненное нормирование обработки;
• разработка типовых технологических документов;
• уточнение загрузки оборудования и расхода материалов;
• проектирование конструкций и технологий изготовления оснастки.

Выходными технологическими документами второго, укрупненного этапа являются:

• маршрутная технологическая карта;
• схемы сборки изделий;
• расчет производственных площадей;
• чертежи оснащения и технические карты его изготовления;
• перечень необходимой специальной измерительной аппаратуры.

На стадии рабочего технологического проектирования решаются такие задачи:

• проектирование операционных технологий;
• расчет режимов обработки;
• нормирование;
• расценки;
• применение групповых методов обработки.

Выходными технологическими документами этого этапа являются:

• конструкторские операционные технические карты с эскизами;
• технологические инструкции;
• карты контроля;
• технические условия на приемку операций и средств контроля.

В целом в технологическую подготовку производства входят такие операции:

• технологическая отработка конструкции изделия;
• проектирование и внедрение в производство технологических процессов изготовления, сборки, технического контроля качества деталей, узлов, агрегатов и изделий;
• проектирование, изготовление и отладка средств механизации и автоматизации производства;
• разработка прогрессивных методов, режимов обработки и норм времени на выполнение спроектированных технологических процессов;
• проектирование и внедрение передовых норм организации производства, автоматизированных систем управления технологическим процессом.

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]:

1. Принципиальная схема технологического процесса, определяющая состав и последовательность технологических этапов, методы изготовления элементов РЭА на каждом этапе.
2. Технологический маршрут, характеризующий состав и последовательность операций в каждом этапе, и основные характеристики технологической системы для каждой операции (тип оборудования, схема установки, состав переходов).
3. Операционная технология, включающая уточненные характеристики технологической системы, определение структуры операции и характеристик каждого перехода.

Рис. 7.2. Модель многоуровневого процесса проектирования с пороговыми отборами рациональных решений на каждом уровне

Контрольные вопросы и упражнения

1. Каковы основные принципы и содержание работ технологической подготовки производства (ТПП)?
2. Опишите функции и проблемы ТПП.
3. Как обеспечивается технологичность конструкции изделия?
4. Что является методологической основой создания систем автоматизации технологического проектирования (САПР ТП) на конкретных предприятиях?
5. Какова цель ТПП?
6. Что включает ТПП?
7. Какие виды информации используются в АСТПП?
8. Что позволяет наличие единого информационного пространства?
9. Что является базовой системой для АСТПП?