Промышленная автоматизация: движение от САПР к PLM (стр. 1 из 2)

Олег Зыков, IT News

Тема САПР и промышленной автоматизации привлекает все большее внимание IT-прессы, и это не случайно. В 1990-е годы предприятия увлеклись автоматизацией бухгалтерского и финансового учета, корпоративного управления. Вне поля зрения руководителей зачастую оставался производственный сектор, а ведь именно он является основой функционирования предприятия и важнейшим источником прибыли. На современном российском рынке все заметнее становятся важные структурные изменения: предприятия переходят от автоматизации разрозненных участков конструкторско-технологической подготовки производства к созданию единого информационного пространства как в рамках завода, так и в рамках холдинговых структур. Данная тенденция, хотя и с некоторым опозданием, начинает соответствовать общемировой практике.

Чем характерен бизнес в производственной сфере? Давайте посмотрим на диаграмму временных и материальных издержек промышленного предприятия. Не менее 70% затрат приходится на производственные функции, и именно в сфере производственной деятельности могут быть скрыты основные резервы, способствующие сокращению сроков выпуска новой продукции и повышению конкурентоспособности предприятия. А что такое производство? Обычно 5-10% времени, которое отводится для самого процесса, занимает непосредственно выпуск изделия, а все остальное - подготовительные работы.

Временные и материальные издержки промышленного предприятия

Использование информационных технологий - один из немногих технологически и экономически выгодных способов повышения эффективности подготовки производства. Это известно давно и сомнений не вызывает. Основным инструментом автоматизации конструкторских и технологических подразделений по-прежнему остаются системы автоматизированного проектирования (САПР). В статье речь пойдет о том, какие направления актуальны в данной области, чем сегодня живут отделы САПР российских промышленных предприятий. Но прежде чем говорить о современных тенденциях, несколько слов из истории.

С чего начинался САПР

Создание сложного изделия немыслимо без его графического представления - рисунка, схемы, чертежа, однако на протяжении веков не существовало системного подхода к этим иллюстрациям, и в чертежах Леонардо да Винчи разобраться кому-то другому было весьма проблематично. Бурное развитие промышленности в XIX-XX веках потребовало от чертежа универсальности - чертеж, выполненный одним инженером, должен понять любой другой специалист, имеющий соответствующее образование. В итоге появились стандарты на оформление, а конструктора получили кульман - удобный инструмент для выполнения чертежей.

Но со временем ручное черчение перестало устраивать. Чем? Скоростью! Постоянно увеличивались объемы работ, а главное - росло количество типовых разработок на основе существующих изделий, ужесточились требования к срокам выпуска изделия. И тут как нельзя кстати начала интенсивно развиваться компьютерная отрасль: появление доступных и не слишком сложных в освоении (по сравнению с тем, что было раньше) компьютеров дали старт конструкторским системам CAD (Computer-Aided Design). Сначала такие системы представляли собой электронные кульманы - все, что прежде делалось карандашом и линейкой, было заменено соответствующими электронными командами, но не более того. Однако даже такая автоматизация приносила плоды: по мере накопления базы электронных чертежей все легче становилось проектировать новые и модифицированные изделия.

Двумерное проектирование активно развивалось до середины 1990-х годов. Системы обзавелись несметным количеством приложений, библиотек, надстроек, позволивших максимально автоматизировать и упростить большинство чертежных задач. Появились и развились в отдельные направления расчетные системы CAE (Computer-Aided Engineering), системы проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением CAM (Computer-Aided Manufacturing) и многие другие специализированные приложения, основанные на работе с данными, предоставляемыми CAD-системами. Параллельно развивался класс систем технологической подготовки производства САПР ТП (Computer-Aided Process Planning, CAPP), предназначенных для формирования технологических данных об изделии, ведения централизованного архива этой информации и автоматизированного выпуска технологической документации.

Однако плоское проектирование все-таки неестественно для человека - ведь мы мыслим в трехмерном пространстве, живем в окружении трехмерных объектов. И развитие вычислительных систем позволило вывести технологии проектирования на новый уровень.

"Лестница" развития систем промышленной автоматизации

Качественный скачок

Появление трехмерного моделирования оказалось настоящим прорывом, вначале доступным только пользователям мощных графических Unix-станций. По-настоящему массовым 3D-моделирование стало ближе к середине 1990-х годов, когда 3D-CAD-системы были переведены на платформу PC. Какие же выгоды предоставило пространственное конструирование?

Первое преимущество мы уже назвали: конструкторам не приходится "переводить свои мысли" из пространственного в плоский вид. Качественно изменился процесс проектирования: теперь разработчик сразу видит свою конструкцию такой, какой она и будет в действительности.

Помогает объемная модель и в реализации массы сопутствующих функций. 3D-модель можно использовать для решения расчетных задач (анализ напряжений, перемещений, колебаний, гидродинамики, теплопередачи), подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ, а также реалистичных изображений для технической документации и рекламных материалов, создания физических образцов на установках быстрого прототипирования. Ну и конечно, по 3D-модели создаются чертежи - причем делать это существенно проще, чем вручную, поскольку вся геометрия на чертеже формируется автоматически, позволяя конструктору не задумываться о правильности построения видов, разрезов и сечений.

Вслед за CAD-системами практически все CAM/CAE-пакеты стали трехмерными, позволив в некоторых случаях отказаться от чертежа вообще. Скорее всего, на подходе и технологические САПР, работающие напрямую с конструкторской 3D-моделью.

Если суммировать все вышесказанное, то не трудно определить важнейшее преимущество трехмерного моделирования: теперь ошибки можно найти и исправить на ранней стадии проектирования, до появления первых опытных образцов. А коррекция проекта на цифровой стадии несоизмеримо дешевле, чем обнаружение недочетов после изготовления дорогостоящей опытной партии. Еще пятнадцать лет назад аналитическая компания Gartner Group произвела оценку стоимости исправления одной-единственной ошибки на различных стадиях подготовки производства:

$1 Концептуальное проектирование

$10 Конструкторская проработка изделия

$100 Изготовление макета изделия

$1 000 Проектирование технологической оснастки

$10 000 Изготовление оснастки

$100 000 Выпуск установочной серии

$1 000 000 Серийное производство

Системы 3D-моделирования бурно развивались, позволяя решать все новые задачи, например, такие как создание модулей гибки и штамповки листового материала, прокладка электрических соединений, трубопроводов, поверхностное моделирование сложных внешних форм, проверка собираемости и работоспособности конструкции, и многое другое. В настоящее время нелегко найти задачу, которую нельзя решить при помощи современных мощных CAD-систем.

Впрочем, было бы неверно говорить, что 3D-системы достигли вершины своего развития и проблем в этом направлении нет. Они существуют. Так, моделирование больших сборок, состоящих из десятков и сотен тысяч деталей, все еще является сложным для многих CAD-систем, эргономика работы конструктора пока далека от идеала. К тому же чем мощнее система, тем она труднее в освоении и работе. Короче, резервы для совершенствования есть, и немалые.

А что произошло с плоской графикой? 2D-проектирование не умерло. Во-первых, многие компании привыкли работать в плоскости и создали множество библиотек и приложений именно для автоматизации 2D-работ. Во-вторых, есть области, которые традиционно остаются двухмерными независимо от степени использования 3D - например, разработка электрических схем. В результате мы имеем широчайший выбор программных продуктов, от легких узкофункциональных двумерных решений (есть даже свободно распространяемые САПР-пакеты) до САПР тяжелого класса стоимостью в десятки тысяч долларов за рабочее место, позволяющих осуществить полный цикл разработки сколь угодно сложного изделия.

Итак, автоматизировав с помощью комплекса CAD/CAM/CAE/CAPP все направления подготовки производства, предприятие получает в свои руки цифровую модель изделия - это более высокий уровень, чем просто использование 3D-CAD-системы. Цифровая модель содержит как геометрию изделия, так и все необходимые расчетные данные, карты технологических процессов, ведомости, управляющие программы для станков, электронные описания изделия и технические руководства. Все прекрасно? Увы, огромный массив цифровой информации не только приносит пользу, но и доставляет значительные хлопоты создавшему его предприятию.

Новые задачи - новые решения

Простая автоматизация рабочих мест перестала устраивать предприятия. Почему? Время - вот важнейший фактор деятельности промышленного предприятия. В условиях усиливающейся конкуренции руководству предприятия необходимо решать вопросы роста и оперативного изменения номенклатуры выпускаемых изделий. Экономический эффект от "лоскутной" автоматизации минимален - ведь процесс проектирования остается последовательным, как во времена чертежных досок: конструкторы создают документацию, передают ее технологам, забирают обратно на корректировку, возвращают исправленную документацию технологам, те подготавливают технологическую документацию, согласовывают со снабженцами и экономистами и так далее. В результате ни полной экономической отдачи, ни действительно значимого сокращения срока подготовки производства автоматизация не приносит, хотя положительный эффект и достигается.


Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.