Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. CALS -т ехнологии как основа современного производства

Современная промышленность все больше переходит на выпуск продукции индивидуально под конкретную группу потребителей. Стремление к индивидуальному удовлетворению конкретного клиента требует производств, имеющих гибкую структуру бизнес-процессов, что вызывает к жизни новые подходы, концепции и методологии. Одна из таких концепций, CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support), превратилась сегодня в целое направление информационных технологий.

Жизненный цикл изделия - совокупность этапов или последовательность бизнес-процессов, через которые проходит это изделие за время своего существования: маркетинговые исследования, составление технического задания, проектирование, технологическая подготовка производства, изготовление, поставка, эксплуатация, утилизация. Идеология CALS состоит в отображении реальных бизнес-процессов на виртуальную информационную среду, где эти процессы реализуются в виде компьютерных систем, а информация существует только в электронном виде.

2. Основные термины, структура КСПИ

Необходимо, прежде всего, ввести русскоязычный термин, адекватно отражающий суть подхода CALS - Компьютерное Сопровождение Процессов жизненного цикла Изделий (КСПИ). Можно выделить три основных аспекта данной концепции:

Компьютерная автоматизация, повышающая производительность основных процессов и операций создания информации;

Информационная интеграция процессов, т.е. совместное и многократное использование одних и тех же данных. Интеграция достигается минимизацией числа и сложности вспомогательных процессов и операций поиска, преобразования и передачи информации. Один из инструментов интеграции - стандартизация способов и технологий представления данных, благодаря которой результаты предшествующего процесса могут быть использованы в последующих процессах с минимальными преобразованиями;

Переход к безбумажной модели организации бизнес-процессов, многократно ускоряющей доставку документов, обеспечивающей параллелизм обсуждения, контроля и утверждения результатов работы, сокращающей длительность бизнес-процессов. В этом случае ключевое значение приобретает электронно-цифровая подпись (ЭЦП).

Применение технологий КСПИ возможно, если выполнены следующие условия:

Наличие современной инфраструктуры передачи данных;

Введение понятия электронного документа, как полноценного объекта производственно-хозяйственной деятельности и обеспечение его легитимности;

Наличие средств и технологий ЭЦП и защиты данных;

Реформирование бизнес-процессов с учетом новых возможностей информационных технологий;

Создание системы стандартов, дополняющих или заменяющих традиционные ЕСКД, ЕСТД, ЕСПЛ, СРПП и т.п.;

Наличие на рынке программных средств и компьютерных систем, соответствующих требованиям стандартов.

В составе КСПИ можно выделить два крупных блока (рис. 1):

Компьютеризированное интегрированное производство и система логистической поддержки изделия.

К первому относятся:

Системы автоматизированного проектирования (САПР-К или CAD), инженерного анализа и расчетов (СИАР или CAE) и технологической подготовки производства (САПР-Т или CAM);

Системы автоматизированной разработки эксплуатационной документации (Electronic Technical Publication Development - ETPD);

Системы управления данными об изделиях (Product Data Management - PDM);

Системы управления проектами и программами (Project Management - РМ);

Автоматизированные системы управления производственно-хозяйственной деятельности предприятия (АСУП).

Система интегрированной логистической поддержки (ИЛП) изделия, предназначенная для информационного сопровождения бизнес-процессов на постпроизводственных стадиях жизненного цикла - относительно новый элемент производственной и управленческой структуры для предприятий России. ИЛП представляет собой совокупность процессов, организационно-технических мероприятий и регламентов, осуществляемых на всех стадиях жизненного цикла изделия от его разработки до утилизации. Цель внедрения ИЛП - сокращение «затрат на владение изделием», которые для сложного наукоемкого изделия равны или превышают затраты на его закупку.

Типовой перечень задач ИЛП включает в себя :

Логистический анализ на стадии проектирования (Logistics Support Analysis), предусматривающий определение требований к готовности изделия; определение затрат и ресурсов, необходимых для поддержания изделия в нужном состоянии; создание баз данных для отслеживания перечисленных параметров в ходе жизненного цикла изделия;

Создание электронной технической документации для закупки, поставки, ввода в действие, эксплуатации, обслуживания и ремонта изделия;

Создание и ведение «электронных досье» на эксплуатируемые изделия, с целью накопления и использования фактических данных для оперативного определения реального объема работ по обслуживанию и потребности в материальных ресурсах;

Применение стандартизованных процессов поставки изделий и средств материально-технического обеспечения, создание компьютерных систем информационной поддержки этих процессов (Integrated Supply Support Procedures);

Применение стандартизованных решений по кодификации изделий и предметов снабжения (Codification). В условиях России эта задача имеет более широкий смысл и трактуется как задача каталогизации - создание федерального реестра предметов снабжения, поставляемых для государственных нужд. Цель создания реестра - оптимизация госзаказа, в том числе исключение дублирования производства функционально и конструктивно эквивалентных предметов снабжения. В ходе каталогизации получают коды, используемые для их идентификации в процессах материально-технического снабжения; - создание и применение компьютерных систем планирования потребностей в средствах материально-технического обеспечения, формирования заявок (Order Administration) и управления контрактами (Invoicing) на поставку средств материально-технического обеспечения.

Рис. 1. Структура КСПИ

3. Виртуальное предприятие

Развитие КСПИ и обусловило появление новой организационной формы выполнения масштабных наукоемких проектов, связанных с разработкой, производством и эксплуатацией сложной продукции - так называемого «виртуального предприятия». Виртуальное предприятие создается посредством объединения на контрактной основе предприятий и организаций, участвующих в жизненном цикле продукции и связанных общими бизнес-процессами. Информационное взаимодействие участников виртуального предприятия осуществляется на основе общих хранилищ данных через общую корпоративную или глобальную сеть. Срок жизни виртуального предприятия определяется длительностью проекта или жизненного цикла продукции. Задача информационного взаимодействия особенно актуальна для временно создаваемых виртуальных предприятий, состоящих из географически удаленных друг от друга подрядчиков, субподрядчиков, поставщиков с разнородными компьютерными платформами и программными решениями.

Создание виртуальных предприятий требует проработки общей схемы совместного функционирования и взаимодействия составных частей. Это выводит на первый план вопросы проектирования, анализа и, при необходимости, реинжиниринга внутренних и совместных бизнес-процессов, юридического взаимодействия и интеллектуальной собственности.

Информацию, используемую в ходе жизненного цикла, можно условно разделить на три класса: о продукции, о выполняемых процессах и о среде, в которой эти процессы выполняются. На каждой стадии создается набор данных, который используется на последующих стадиях. При наличии бумажной копии документа его подпись не вызывает никаких проблем, но в данном случае, когда сообщение идет полностью с помощью компьютера, появляется еще одна проблема - как заверять все необходимые документы. То есть практическая организация безбумажных бизнес-процессов возможна только при обеспечении легитимности электронного документа, заверенного ЭЦП. Техническим комитетом 431 «CALS-технологии» Госстандарта РФ в настоящее время разрабатывается проект соответствующего ГОСТа, в кагором электронный технический документ трактуется как «оформленная надлежащим образом в установленном порядке и зафиксированная на машинном носителе техническая информация, которая может быть представлена в форме, пригодной для ее восприятия человеком». Электронный технический документ логически состоит из двух частей: содержательной и реквизитной. Первая представляет собой собственно информацию, а вторая содержит аутентификационные и идентификационные данные электронного технического документа, в том числе набор обязательных атрибутов, одну или несколько электронно-цифровых подписей (рис. 2).

Рис. 2. Структура электронного технического документа

ЭЦП представляет собой набор знаков, генерируемый по алгоритму, определенному ГОСТ Р 34.0-94 и ГОСТ Р 34. - 94. ЭЦП является функцией от содержимого, подписываемого электронного технического документа и секретного ключа. Секретный ключ (код) имеется у каждого субъекта, имеющего право подписи и может храниться на дискете или смарт-карте. Второй ключ (открытый) используется получателями документа для проверки подлинности ЭЦП. При помощи ЭЦП можно подписывать отдельные файлы или фрагменты баз данных. В последнем случае программное обеспечение, реализующее ЭЦП, должно встраиваться в прикладные автоматизированные системы.

Примером базового средства, реализующего основные функции ЭЦП, является система «Верба», сертифицированная ФАПСИ.

4. Стандарты

Данные об изделии занимают значительную часть общего объема информации, используемой в ходе жизненного цикла. На их основе решаются задачи производства, материально-технического снабжения, сбыта, эксплуатации, ремонта и др. Информационная интеграция этих процессов и совместное использование данных обеспечиваются применением соответствующих стандартов. Представление конструкторско-технологических данных об изделии регламентируется стандартами серии ISO 10303 и ISO 13584 . В 1999-2000 годах Госстандартом РФ выпущена серия ГОСТ Р ИСО 10303, представляющая собой аутентичный перевод некоторых стандартов ISO 10303 , который поддерживается большинством современных зарубежных и отечественных систем CAD/САМ и PDM.

В соответствии с ISO 10303 электронная конструкторская модель изделия включает ряд компонентов:

1) Геометрические данные (твердотельные поверхности с топологией, фасеточные поверхности, сетчатые поверхности с топологией и без топологии, чертежи и т.п.).

2) Информация о конфигурации изделия и административные данные (идентификаторы страны, отрасли, предприятия, проекта, классификационные признаки и т.п., данные о вариантах состава и структуры изделия; данные об изменениях конструкции и информацию о документировании этих изменений; данные для контроля различных аспектов проекта или решения вопросов, связанных с особенностями и вариантами состава и конфигурации изделия; данные о контрактах, в соответствии с которыми ведется проектирование; сведения о секретности; условия обработки, в том числе финишной, данные о применяемости материалов, указанные проектировщиком для данного изделия; данные для контроля и учета выпущенной версии разработки; идентификаторы поставщиков и их квалификации).

3) Инженерные данные в неструктурированной форме, подготовленные с помощью различных программных систем в различных форматах.

Некоторые части стандарта ISO 10303 используются в качестве готовой модели данных для системы PDM (например, ISO 10303-203), а другие описывают конкретную технологию представления данных для информационного обмена между предприятиями (ISO 10303-21).

Для представления информации, необходимой при эксплуатации и техническом обслуживании изделия, используются технологии, регламентируемые стандартами ISO 8879 (Standard Generalized Markup Language), ISO 10744 (HyTime), а также спецификациями ассоциаций производителей аэрокосмической техники AECMA-1000D и АЕСМА-2000М (www. aecma.org).

В соответствие с требованиями стандартов эксплуатационная и ремонтная документация создается в форме интерактивных электронных технических руководств, интегрирующих данные и программные средства поддержки обслуживания, планирования потребностей в материальных ресурсах, контроля и диагностики, накопления данных о ходе эксплуатации.

5 . Экспорт промышленного бизнеса

Для владельцев бизнес инициативы - обладателей интеллектуальной собственности на производство с применением данной торговой марки, продаваемым товаром стала не только сама продукция, но и право на ее производство, как правило, ограниченное сроками или объемом выпуска. Оно подразумевает возможность экспорта лицензионного производства на удаленные территории, где имеются для этого благоприятные экономические условия.

Раньше было достаточно снабдить удаленное предприятие оборудованием, инструкциями и ресурсами, но сегодня возникла необходимость не просто копировать продукт, а поддерживать еще ряд его модификаций, оптимизированных под местный рынок. Разработка, подготовка производства, изготовление и поддержка адаптированного продукта все более возлагаются на региональное предприятие. Чтобы полноценно обеспечить его такой возможностью, хозяин торговой марки должен «экспортировать» самодостаточную модель бизнес процесса, со всеми его составляющими, только в уменьшенном масштабе. Для этого сами бизнес процессы должны быть хорошо формализованы и масштабируемы. В таком виде они представляют собой более дорогой вил интеллектуальной собственности, потому что для этого должна быть лучше развита среда его существования - информационные технологии. Это серьезный вызов для разработчиков информационных технологий.

6. Средства описания и анализа

Внедрение технологий КСПИ и создание интегрированной информационной системы на промышленном предприятии и, тем более, в условиях виртуального предприятия связано с глубокими исследованиями разнообразных бизнес-процессов, составляющих жизненный цикл изделия, что требует специальных средств их описания и анализа. Для этого применяется методология моделирования IDEF , позволяющая исследовать структуру, параметры и характеристики процессов в производственно-технических и организационно-экономических системах. Общая методология IDEF состоит из частных методологий, основанных на графическом представлении систем:

· IDEF0 для создания функциональной модели, отображающей процессы и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, преобразуемые этими функциями;

· IDEF1 для построения информационной модели, отображающей структуру и содержание информационных потоков, необходимых для поддержки функций системы.

Обе методологии получили в США статус федеральных стандартов, а сегодня ведется работа по их стандартизации и в России .

Основу методологии IDEF0 составляет графический язык описания (моделирования) процессов. Базовыми элементами языка являются блоки, изображающие функции (операции, действия) в составе моделируемых процессов, и стрелки, изображающие информационные и материальные связи между блоками. С помощью блоков и стрелок составляются диаграммы, описывающие процессы, операции и действия. Каждый блок на любой диаграмме может быть подвергнут декомпозиции с целью более подробного раскрытия его содержания. Результатом декомпозиции является новая, дочерняя, диаграмма. Множество всех диаграмм образует собственно функциональную модель.

Функциональная модель может иметь любую необходимую глубину декомпозиции, вплоть до описания действий, выполняемых отдельными специалистами на конкретных рабочих местах, с указанием условий выполнения и перечня используемых ресурсов.

Описания бизнес-процессов в форме функциональных моделей имеют ряд преимуществ.

· Модель является своеобразной «программой управления» персоналом, поскольку определяет, кто, при каких условиях и с использованием каких ресурсов выполняет те или иные функции.

· Модель определяет материальные потоки и документооборот и позволяет установить регламенты обмена результатами различных процессов.

· Модель служит методической основой для настройки прикладных программных систем.

· Модель является удобным средством анализа, пригодным для поиска путей совершенствования организации и управления процессами.

Кроме данных, относящихся к изделиям и бизнес-процессам, в интегрированной информационной системе должна содержаться информация о производственной и управленческой структуре, технологическом и вспомогательном оборудовании, персонале, финансах и т.д. Номенклатура этих данных хорошо известна специалистам, создающим и эксплуатирующим АСУП. С позиций методического единства можно считать, что в рамках концепции КСПИ эти данные должны быть организованы и управляемы средствами, аналогичными системам PDM.

7. Преимущества, обеспечиваемые применением КСПИ

Применение концепции КСПИ в процессах разработки, производства и эксплуатации продукции обеспечивает:

· расширение области деятельности предприятий путем кооперации с другими предприятиями. Эффективность взаимодействия достигается стандартизацией способов представления информации на разных стадиях и этапах жизненного цикла и возможности ее последующего использования. Современные ИТ позволяют строить производственную кооперацию в форме «виртуальных предприятий». Становится возможной кооперация не только посредством поставки готовых компонентов, но и посредством выполнения отдельных этапов и задач в процессах проектирования, производства и эксплуатации;

· повышение эффективности деятельности предприятий за счет использования информации, подготовленной партнерами; сокращения затрат на документооборот; преемственности результатов работы в комплексных проектах и возможности изменения состава участников без потери уже достигнутых результатов;

· повышение «прозрачности» и «управляемости» бизнес-процессов, их анализа и реинжиниринга на основе функциональных моделей;

· гарантию качества продукции.

Литература

компьютерный электронный документ изделие

Компьютеризированные интегрированные производства и CALS-технологии в машиностроении. Под ред. д.т.н., проф. Б.И. Черпакова. ГУП «ВИМИ», М., 1999, 512 c.

NATO CALS Handbook, 2000

DEF-STAN-0060. Integrated Logistic Support, 1999

ГОСТ Р 34.10-94 Информационная технология. Криптографическая защита информации. Процедуры выработки и проверки электронной цифровой подписи на базе асимметричного криптографического алгоритма

ГОСТ Р 34.11-94 Информационная технология. Криптографическая защита информации. Функция хэширования

Методология функционального моделирования. Рекомендации по стандартизации (Проект). М.: Госстандарт РФ. 2001

Александр Громов, Мария Каменнова, Александр Старыгин. Управление бизнес-процессами на основе технологии Workflow. «Открытые системы», 1997, №1

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Описание жизненного цикла изделия. Анализ возможных видов отказов, их последствий и критичности, учет риска внезапных отказов. Разработка предложений по материально-техническому снабжению. Комплексные показатели надежности и логистической поддержки.

курсовая работа , добавлен 22.09.2015


Сущность процессного подхода. Этапы планирования жизненного цикла продукции. Анализ ассортимента и качества продукции предприятия, проведение маркетинговых исследований. Проектирование и разработка новых колбасных изделий, технология их производства.

дипломная работа , добавлен 27.06.2012


Изучение негативных экологических аспектов и опасных производственных факторов. Миссия и политика деятельности предприятия. Характеристика специальных процессов интегрированной системы менеджмента. Описание процесса "Планирование производства продукции".

курсовая работа , добавлен 05.01.2013


История производственного менеджмента. Функции, цели, производственная структура предприятия. Понятие жизненного цикла товара. Связь маркетинга и производства. Инновации и инновационный процесс. Конструкторская и технологическая подготовка производства.

шпаргалка , добавлен 14.06.2010


Основная концепция жизненного цикла предприятия. Методики для описания жизненного цикла предприятия. Оценка показателей экономической, финансовой, управленческой деятельности предприятия, особенности выбора стратегии его развития на соответствующем этапе.

курсовая работа , добавлен 09.12.2009


Концепция, основные стадии и виды жизненного цикла продукции. Особенности маркетинговых решений на разных этапах жизненного цикла. Анализ жизненного цикла продукции на примере компании "Сименс". Характеристика предприятия и выпускаемой продукции.

курсовая работа , добавлен 26.10.2015


Организация поточного производства и расчет основных параметров поточной линии. Расчет программы запуска изделий и трудоемкости по операциям техпроцесса. Определение хозрасчетного экономического эффекта от внедрения новой технологии производства изделия.

курсовая работа , добавлен 05.01.2011


Механизм управления организацией по стадиям ее жизненного цикла и направления его совершенствования. Один из вариантов деления жизненного цикла организации на соответствующие временные отрезки. Модель жизненного цикла Ларри Грейнера и Ицхака Адизеса.

курсовая работа , добавлен 23.05.2015


Организация основного производства. Понятие и классификация производственных процессов. Технологическая цепочка производства изделий. Расчет длительности производственного цикла простого процесса. Пути сокращения длительности производственных циклов.

презентация , добавлен 06.11.2012


Понятие и концепции моделей жизненного цикла организаций. Стратегии управления организацией на этапах жизненного цикла. Проблема формирования критериев определения стадии жизненного цикла. Возникновение, развитие, стагнация, возрождение организации.

Компьютерное интегрированное производство

Компьютерное интегрированное производство (CIM - Computerintegratedmanufacturing) появилось в начале 90-хгодов. Такое производство обеспечивалось комплектом компьютерных систем САПР, обеспечивающих автоматизацию проектирования на всех этапах жизненного цикла машиностроительного изделия.

Этап I. Разработка технологического задания и согласование его с заказчиком.

Этап II. Разработка конструкторской документации.

Этап III. Выполнение технических расчетов.

Этап IV. Разработка технологической документации.

Этап V. Разработка комплекта программ для станков с ЧПУ.

Этап VI. Изготовление деталей и сборка узлов.

Этап VII. Сборка изделия в целом.

Этап VIII. Упаковка и транспортировка.

Этап IX. Проведение технологического обслуживания изделия.

Этап X. Утилизация.

В настоящее время для обозначения компьютерных систем, обеспечивающих автоматизированное проектирование, используется термин CAD-CAM-CAE-CAPP-PDM-ERP. Это сложное название состоит из аббревиатур, каждая из которых обозначает определенный вид системы.

ü CAD - computer aided design (проектирование);

ü CAM - computer automated manufacturing (производство);

ü CAE - computer aided engineering (техническиерасчеты);

ü СAPP - computeraidedprocessplanning (планирование технологических процессов);

ü PDM - productdatamanagement (управление информационными потоками об изделиях);

ü ERP - enterpriseresourceplanning (система планирования ресурсов предприятия);

Этап проектирования конструкторской документации (CAD)

Компьютерные системы для автоматизации проектных работ этого этапа появились и стали широко использоваться вместе с появлением персональных компьютеров в 80-е годы. Уже в самом начале эти системы разделились на два направления: параметрические и непараметрические.

В непараметрических системах привязка всех элементов чертежа, отрезков прямых, окружностей и дуг окружностей, выполнялась на основе координатной сетки системы. Её можно было увеличить или уменьшить, отобразив в том или ином масштабе. Самой яркой непараметрической системой является AutoCAD.

Рассмотрим принцип формирования непараметрического чертежа на простом примере.

Рисунок 4 - Представление чертежа в разных системах:а) непараметрическая;

б) параметрическая

Непараметрическая система:

ArcI5J5; X2Y2; X3Y3

Параметрическаясистема:

Line L3 PAR L1 l1

Line L4 PAR L2 l2

Circle C1 TL3 AL4 r1

K1 P1 TL2 TL3 TC1 AL4 AL1 P1

Обозначения в командах: Line–прямая линия, Arc – дуга окружности,

P – точка, L – обозначение прямой линии, HOR–горизонтально, VERвертикально, PAR– параллельно, Circle– окружность, С – обозначение окружности, T – совпадение направления, A – противоположное направление, K– контур.

Положительным направлением для прямых считается «слева направо» и «снизу вверх» (как в координатных осях), положительным направлением для окружности считается «по часовой стрелке».

Пример описания команд:

LineL3 PARL1 l1 – линия L3 строится параллельно L1 на расстоянии l1.

K1 P1 TL2 TL3 TC1 AL4 AL1 P1 – контур K1 начинается из точки P1, идет по положительному направлениюлинии L2, затем L3, затем по окружности C1, затем по линии L4 в направлении, противоположном положительному направлению самой линии,затем по линии L1, также в противоположном направлении, и заканчивается в точке P1.

Для привязки отрезка прямой необходимо иметь 2 точки. Для привязки дуги окружности - 3 точки, а окружности - точку и радиус.

При выполнении геометрических построений система предложит несколько способов выполнения прямых и окружностей. После образования всей геометрии, элементы построения будут зафиксированы с помощью своих граничных точек.

В параметрических системах используется принципиально другой подход. Здесь также имеется базовая система координат, но к этой системе привязываются не все элементы чертежа, а только одна точка.

САПР подразделяют на САПР изделия и САПР ТП. САПР изделия занимается проектированием моделей изделия при помощи средств плоского и объёмного проектирования.

САПР ТП занимается процессом изготовления. Кроме основных выделяют: автоматизированные системы ТПП, автом-ые системы научных исследований, позволяющие принимать нестандартные решения на уровне проектирования.

САПР ТП разрабатывает ТП, оформляя их в виде МК, ОК, КЭ, КК и тд. И разрабатывает программы для работы на станках с ЧПУ. Более конкретное описание процесса обработки на станках с ЧПУ вводится в автоматизированную систему управления производственным оборудованием. Техническими средствами, реализующими данную систему могут быть комп-ы, управляющие станочными системами. Также различают системы производственного планирования и управления (АСУП), позволяющие контролировать качество и ритмичность распределяемых работ по объектам. Для контроля качества используют системы АСУК. самостоятельное использование CAD, САМ, САЕ систем даёт экономический эффект на предприятии. Для повышения эффективности используют технические БД как общего назначения так и специального.

(11 )Рассмотрим систему интегрированного вида на примере единой БД. В ней хранится информация о структуре и геометрии изделия (как результат проектирования всистеме САО), о технологии изготовления (как результат работы системы САРР) и управляющие программы для оборудования с ЧПУ (как исходная информация для обработки в системе САМ на оборудовании с ЧПУ)

(12) Основные системы компьютерно - интегрированного производства (КИП) показаны на рис ниже

Этапы создания изделий могут перекрываться во времени, т.е. частично или полностью выполняться параллельно. Связи между жизненным циклом изделия (по этапам) с САПР являются важным компонентом при автоматизации. Поэтому стремятся переходить от частичных или одиночных САПР к полностью интегрированному производству (КИП).

Взаимосвязь жизненного цикла изделия со службами автоматизации.

Информационная структура компьютерно - интегрированного производства

В структуре компьютерно - интегрированного производства выделяются три основных иерархических уровня:

1- Верхний уровень (уровень планирования), включающий в себя подсистемы, выполняющие задачи планирования производства.

2. Средний уровень (уровень проектирования), включающий в себя подсистемы проектирования изделий, технологических процессов, разработки управляющих программ для станков с ЧПУ.

3. Нижний уровень (уровень управления) включает в себя подсистемы управления производственным оборудованием.

Построение компьютерно - интегрированного производства включает в себя решение следующих проблем:

информационного обеспечения (отход от принципа централизации и переход к координированной децентрализации на каждом из рассмотренных уровней как путем сбора и накопления информации внутри отдельных подсистем, так и в центральной базе данных);

Обработкиинформации (стыковка и адаптация программного обеспечения различных подсистем);

физической связи подсистем (создание интерфейсов, т.е. стыковка аппаратных средств ЭВМ, включая использование вычислительных систем).

Внедрение компьютерно - интегрированного производства значительно сокращает общее время прохождения заказов за счёт:

· уменьшения времени передачи заказов с одного участка на другой и уменьшения времени простоя при ожидании заказов;

Перехода от последовательной к параллельной обработке;

Устранения или существенного ограничения повторяемых ручных операций подготовки и передачиданых (например, машинное изображение геометрических данных можно использовать во всех отделах, связанных с конструированием изделий).

ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНО-ИНТЕГРИРОВАННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

1.1. Методологические основы КИТ

1.1.1 Современное состояние, тенденции
и перспективы развития КИТ

Начиная с 80-х годов XX века одним из направлений повышения эффективности производства стало широкое применение компьютерных и информационных технологий .

На современном этапе новые промышленные интегрированные на этапах ЖЦИ технологии включают роботов, станки с программным управ­лением, компьютерные программы для проектирования, инженерного ана­лиза, технологической подготовки производства, производства и осуществ­ления контроля над техникой. Эти современные КИТ получили свою реализацию в КИП (computer-integrated manufactu-ring/С1М) . Совре­менные КИТ, также называемые передо­выми технологиями производства, связывают вместе компоненты произ­водства, которые прежде были отделены друг от друга. Работа станков, роботов, конструкторско-технологических отделов и инженерного анализа координируется одним компьютером.

Ядро структуры полноценного КИП образует так называемая несопро­вождаемая производственная подсистема (LOM – Light Out Manufacturing), включающая ряд обязательных КИТ, которые делятся на три составляющие: компьютерное проектирование (computer-aided design/ CAD), компьютерное производство (computer-aided manufacturing/ САМ) и интегрированная информационная сеть (Integrated Information Network).

Машины с компьютерным управлением, применяемые при обработке мате­риалов, производстве деталей и сборке изделий, существенно повысили скорость изготовления единицы продукции. Компьютерные системы производства позволяют быстро переключать производственные линии с одного вида изделий на любой другой, меняя только инструкцию для станка или программу для компьютера. Эти системы также помогают быстро удовлетворять запросы потребителей, касающиеся перемен в конструкции или в ассортименте продукции.

Интегрированная информационная сеть (Integrated Information Network) связывает все стороны деятельности фирмы, включая бухгалтерский учет , закупки сырья, маркетинг, работу складов, проектирование, производство и т. д. Такие системы, основанные на общих данных и общей информационной базе, дают менеджерам возможность принимать решения и управлять производственным процессом, воспринимая его как единое целое.

Сочетание компьютерного проектирования, компьютерного произ­водства и интегрированных информационных систем представляет собой наивысший уровень КИТ машиностроения. Новый продукт может быть сконструирован на компьютере, и его опытный образец может быть изготовлен без участия человеческих рук. Идеальное компьютеризованное предприятие способно легко переключаться с одного вида продукции на другой, работает быстро и с высокой точностью, без бумажной докумен­тации, тормозящей производственный процесс.

Компьютерные системы проектирования и технологической подготовки производства снизили вероятность человеческих ошибок, и благодаря этому количество конструкторских исправлений и переделок неправильно спроек­тированных компонентов уменьшилось, по сравнению с предыдущими проектами, более чем на 50 %.

КИТ производства обеспечивают максимально возможный уровень качества, удовлетворение запросов потребителей и снижения себестоимости только тогда, когда все их компоненты используются в совокупности. Применение КИТ и гибких рабочих процессов изменило весь характер производства. Стало возможным массовое производство, ориентированное на потребителя (mass customizati0n), когда заводы могут в массовом порядке выпускать продукцию, приспособленную к конкретным нуждам покупателей.

Достоинства КИТ состоят в том, что изделия различного размера и типа, отвечающие различным потребительским запросам, могут свободно переме­шиваться друг с другом на одной сборочной линии. Штриховые коды, нанесенные на заготовки, позволяют машинам мгновенно вносить требуемые изменения, например вкрутить шуруп большего размера, не замедляя хода производственного процесса. С помощью одной такой линии производитель может выпускать бесконечное колчество видов продукции любыми партиями.

В традиционных промышленных системах технология мелкосерийного производства давала предприятию возможность быть гибким в выборе производимой продукции и выполнять индивидуальные заказы потреби­телей, но поскольку «работа мастера» имела большое значение при изготов­лении уникальных товаров, предназначенных для конкретного покупателя, партии неизбежно должны были быть маленькими. Массовое производство оперировало значительно более крупными партиями, но зато гибкость была ограниченной. Технология непрерывного процесса предназначалась для выпуска одного стандартного продукта в неограниченных количествах. Промышленные КИТ позволяют предприятиям вырваться из тисков этой диагонали и увеличивать в одно и то же время и гибкость, и размер партий продукции. В своем наивысшем развитии КИТ делают возможным массовое производство, ориентированное на потребителя (mass customization), когда каждый продукт уникален и произведен по запросам покупателя. Этот наивысший уровень использования КИТ получил название «компьютерного мастерства», потому что компьютеры индивидуально проектируют каждый продукт так, чтобы он удовлетворял вполне определенным нуждам конкретного потребителя. Очень важную роль в этом повороте массового производства к потребителю играет развитие Интернета, так как электронные средства коммуникации позволяют компаниям поддерживать тесную связь с каждым отдельным клиентом и к тому же облегчают и ускоряют координацию потребительских запросов и производственных возможностей предприятий.

Исследования показывают, что КИТ (рис.1.1) позволяет использовать технологи­ческое оборудование более эффективно, производительность труда возрас­тает, количество отходов уменьшается, а ассортимент продуктов и удовлетворенность покупателей увеличиваются.

Многие промышленные компании в США перестраивают свои заводы, внедряя КИТ и объединенные системы управления (associated management systems), чтобы повысить производительность.

В настоящее время для разработки разнообразной продукции промыш­ленные предприятия широко используют следующие компьютерные техно­логии – программные средства автоматизации: CAD-системы (Computer-Aided Design, CAD) – системы автоматизированного проектирования (САПР), которые, по мере развития CAD-технологий, прошли путь от простой электронной чертежной доски до систем двухмерного (2D), а затем и трехмерного (3D) параметрического моделирования; CAM-системы (Computer-Aided Manufacturing, CAM) – системы технологической подготов­ки производства, в первую очередь, станков с ЧПУ; CAE-системы (Computer-Aided Engineering, CAE) – системы автоматизации инженерных расчетов, составляющие основу технологий компьютерного инжиниринга – наиболее наукоемкой составляющей PLM-технологий, так как именно эти програм­мные системы предназначены для эффективного решения сложных нестацио­нарных нелинейных пространственных задач, описываемых системами нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, для решения которых применяются, как правило, разнообразные варианты метода конечных элементов (МКЭ), Finite Element Analysis, (FEA); PDM-системы (Product Data Management, PDM) – системы управления данными об изделии, иногда называемые системами для коллективной работы с инженер­ными данными (Collabo-rative PDM, СPDM). Среди всего многообразия CAD/CAM-систем, наиболее широко представленных на рынке, выделим: «тяжелые системы» (CATIA, Unigra-phics NX, PRO/Engineer), появившиеся в 1980-х гг. и обладающие широкими функциональными возможностями и высокой производительностью, несмотря на то, что «тяжелые» системы являются дорогостоящими программными системами, затраты на их приобретение окупаются, особенно, если речь идет о сложном производстве, например, о машиностроении, авиационной и аэрокосмической промы­шленности, судостроении, электро - и энергомашиностроении; «средние системы» (SolidWorks, SolidEdge, Inventor Mechanical Desktop, Power Solutions, Cimatron, think3 и др.), в которых, начиная с их возникновения в середине 1990-х гг., были объединены возможности 3D твердотельного моделирования, невысокая по сравнению с «тяжелыми» системами цена и ориентация на платформу Windows. Эти CAD-системы произвели настоящий переворот в мире САПР, позволив многим конструкторским и проектным организациям перейти с двумерного на трехмерное моделирование. Среди российских CAD/CAM-систем отметим, в первую очередь, КОМПАС, T-Flex, ADEM; «легкие системы», которые являются самыми распространенными продуктами автоматизации проектирования , среди множества которых, прежде всего, следует назвать AutoCAD.

Создание единого информационного пространства – проблема актуаль­ная для машиностроительных предприятий. Немного можно назвать приме­ров реализации единой информационной среды. Вслед за внедрением
CAD/ CAE/CAM, как правило, на машиностроительном предприятии стара­ются объединить систему управле-ния хозяйственной деятельностью ERP (Enterprise Resource Planning – организует систему электронного документо­оборота; включает ведение договоров, бухгалтерии и кадров; связывает напрямую заказы поставщику с конкретной передачей в производственную программу для формирования заказа производству не только состав изделия, но и технологию его изготовления, что позволяет точно планировать ресурсы, процесс производства, начиная с технических требований и закан­чивая поставкой готовых изделий, а также и программное обеспечение для управления инженерными данными. PDM (Product Data Management – является основой для производственного планирования и управления; обеспечивает функционирование единой информационной среды на базе электронного архива, организует обмен информацией между подразделе­ниями по проектированию и планированию, с одной стороны, и произ­водственными подразделениями – с другой стороны). Ядром PDM является нормативно-справочная база, отражающая структуру и специфику работы конкретного предприятия. Главная цель объединения ERP и PDM заклю­чается в создании системы, которая позволяет контролировать затраты, рассчитывать себестоимость продукции, планировать производство и форми­ровать ценовую политику. Главным препятствием на пути объединения является отсутствие модулей для взаимодействия программ от разных разработчиков. Для управления производством требуются номенклатурные базы данных , поэтому автоматизируются все справочники и нормативные данные, упорядочиваются исходные данные, вводится система кодирования для комплектующих и покупных изделий, наполняется база данных PDM. После этого становится возможным использовать необходимую для управления производством информацию – составы изделий, учет материалов и комплектующих, нормы расхода и др. В PDM также поступают данные по технологическим маршрутам, которые разрабатывают технологи. Здесь формируется электронный архив конструкторской и технологической документации. Соответственно, конструирование ведется в среде CAD.

В чем суть интеграции? Информация создается конструктором или технологом и попадает в PDM. Данные вводятся один раз, далее автома­тически осуществляется передача данных в одном направлении – из PDM в ERP. Отсутствие повторного ввода исключает разночтения и снижает риск появления в системе неточных сведений. Главным преимуществом сквозных технологий является прозрачность информации: все документы хранятся в единой электронной базе данных – закупочные цены , по каким счетам и от какого предприятия осуществляется поставка, прошла оплата или нет; здесь же информация о составе изделия, цифровые модели, конструкторская и технологическая документация.

Конструктор создает модель и помещает ее в PDM, технолог использует готовую цифровую модель при разработке техпроцесса, при этом распарал­леливание работ сокращает затраты времени на проектирование.

Рисунок 1.1 – Структура КИТ машиностроения

В чем суть технологий PLM – CALS? Вся информация об изделии, начиная с чертежей и заканчивая крепежом при сборке, до мельчайших подробностей вносится в электронную базу данных, где прослеживается ЖЦИ каждой детали: где и кто изготовил, из какого металла и каким способом штамповали, на каких станках фрезеровали и т. д. – все до мельчайших подробностей. Принципиальным свойством такой информа­ционной системы является возможность не только описать структуру выпускаемого изделия, но и технологии изготовления, и более того – накапливать на последующих этапах всю информацию об изготовлении каждой детали и узла, произведенных ремонтах и заменах и т. д. Информация в достаточной мере детализируется, чтобы при необходимости можно было восстановить полную историю каждой детали, выявить причины отказов и быстро внести необходимые изменения. Информационной базой пользуются не только конструкторские и технологические службы, но также службы технической подготовки и управления производством предприятия-изготовителя, поскольку формируется полная информационная модель изделия, начиная от конструкторской спецификации и заканчивая данными о фактическом изготовлении.

Ведущие игроки CAD:

36% Autodesk (AutoCad, Inventor)

19% Dassault Systemes (CATIA, SolidWorks, SIMULIA)

12% Siemens PLM Software (Unigraphics, NX)

Ведущие игроки САПР и PLM-CALS:

Autodesk (AutoCad, Inventor) Значительный вклад в увеличение оборота компании внесло поглощение других компаний, Autodesk приобрела
14 компаний. Выделяется тем, что поставляет программное обеспечение для наиболее широкого круга отраслей: машиностроительной, архитектурно-строительной, геопространственной, анимационно-графической. В последнее время Autodesk добилась серъезных успехов в переводе огромной армии пользователей с 2D - на 3D-приложения.

Dassault Systemes (CATIA, SolidWorks, SIMULIA) Охватывает практически все направления автоматизации проектирования на крупных предприятиях .

PTC (Pro/Engineer, Windchill) Успешно работает в двух сегментах рынка – «тяжелых» САПР и систем среднего класса.

Siemens PLM Software (Unigraphics, NX, TeamCenter, Tecnomatrix) Синергетический эффект от слияния UGS с огромной группой компаний Siemens инициирует интерес к управлению жизненным циклом изделия, что позволяет преодолеть разрыв между этапами проектирования и произ­водства, который пока еще существует на промышленных предприятиях .

1.1.2. Этапы развития автоматизации механической обработки

С позиции КИП развитие автоматизации производственных процессов механообработки представляет собой диалекти­ческую спираль развития .

Первый виток эволюционной спирали автоматизации механообработки характе­ризуется автоматизацией рабочего цикла машины и автоматизацией поточного производства, которые включают в себя: универсальные станки, универ­сальные автоматы и полуавтоматы, специальные и специализи­ро­ванные автоматы и полуавтоматы, агрегатные станки, автоматические линии из агрегат­ных станков, автоматические линии из универсальных автоматов, комплексные автоматические линии и автоматические заводы.

Развитие автоматизации средств производства в машиностроении – от универсальных станков, специализированных станков, станков автоматов, автома­ти­ческих линий и «жестких» заводов автоматов реализовался за более чем за двести лет: с 1712 года (первый токарно-копировальный станок
А. К. Нартова) до 1951 года (первый автоматический завод для изготовления автомобильных поршней в СССР).

Второй виток эволюционной спирали автоматизации основно­го произ­водственного процесса механообработки характеризуется появлением числового программного управления. Это, прежде всего появление станков с ЧПУ, автоматов с ЧПУ, специализированных станков с ЧПУ, обрабаты­вающих центров (ОЦ).

Во второй половине 60-х годов 20го века гибкие производственные системы механообработки стали этапом перевооружения машинострои­тельной промыш­ленности. Это открыло пути решения сложившегося противоречия между высокой производительностью и отсутствием мобиль­ности оборудования массового производства и высокой мобильностью и низкой производительностью универсальных станков единичного и серий­ного производства.

Решение задачи повышения мобильности при выпуске новой техники в единичном и серийном производстве привело к созданию универсальных станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Второй виток диалектической спирали развития автоматизации прои­звод­ственных процессов механообработки – повторил первый, но на новом принципе управления – электронно-программном, при этом с повышением производи­тельности каждого вида оборудования повысилась и его гибкость. На второй виток было затрачено немногим более 30 лет.

Третий виток эволюционной спирали автоматизации механообработки характеризуется наличием гибких производственных систем и гибких автома­тизированных производств. Сюда можно отнести появление станков с ЧПУ–СNС, ОЦ фрезерно-расточные с СNС, ОЦ – токарные с СNС, ГПС со специа­лизированными ОЦ массового производства, ГПС (ГАП) + САПР + АСТПП, автомати­зированный завод.

Развитие электроники и применения ЭВМ и микропроцессоров позво­лило создание универсальных машин и станков с ЧПУ, управляемых непо­средственно от ЭВМ в режиме разделения времени. Это дало начало третьему витку развития автоматизации производственных процессов в машиностроении и других отраслях промышленности.

Управление от одной ЭВМ несколькими рабочими машинами, станками с ЧПУ и вспомогательным оборудованием позволило связать станки управлением и единым автоматическим транспортом в группы, т. е. создать системы машины. Индивидуальные станки с ЧПУ типа CNC, станки типа обрабатывающий центр (ОЦ), фрезерно-расточные и токарные – основа гибких производственных систем . На базе ОЦ создаются гибкие производст­венные модули, участки, линии. На этом витке началось соединение в единую систему всех производственных функций: конструирования, технологической подготовки производства, обработки, сборки, испытаний, т. е. начали появляться гибкие автоматизированные производства (ГАП). Третий виток был пройден за 10-15 лет.

Четвертый виток эволюционной спирали автоматизации механо­обработки характеризуется появлением гибких автоматических производств и безлюдных заводов. Он начался созданием автоматизированного произ­водства полностью интегрированного на базе ЭВМ пятого поколения (про­мышленные персональные компьютеры, в частности модели KIM–Kontrol Intelligence Minicomputer, KIM 786LCD-mITX, KIM 886LCD-M/mITX. KIM986LCD-M/mITX), отличающихся высоким уровнем надежности, совме­стимостью с различными технологиями, а также хорошей расширяемостью конфигурации и длительным жизненным циклом.

Пятый виток эволюционной спирали автоматизации механообработки харак­теризуется появлением безотказных самовосста­навливающихся произ­вод­ственных систем.

Шестой виток эволюционной спирали автоматизации механообработки характеризуется появлением самообновляющиеся производственных систем и т. д.

Развитие информационных технологий позволяет автоматизировать всю производственную цепочку технологического оборудования – система распределенного управления непрерывными и периодическими процессами, в частности NMI/SCADA – программы. Дальнейшее развитие науки и техники, решение проблемы надежности и самодиагностики рабочих машин и интеллектуальности систем переведут развитие автоматизации средств производства на следующий виток, когда будут созданы безотказные самовосста­навливающиеся рабочие машины, системы, заводы.

Создание искусственного интеллекта будет залогом успешного решения этой задачи. Диалектическая спираль развития автоматизации механо­обработки может быть представлена в виде последовательности этапов :

1. Автоматизация рабочего цикла машины, автоматизация поточного производства.

2. Числовое программное управление.

3. Гибкие производственные системы, гибкие автоматизированные производства.

4. Гибкие автоматические производства, безлюдные заводы.

5. Безотказные самовосстанавливающиеся производственные системы.

6. Самообновляющиеся производственные системы и т. д.

Следует заметить, что автоматизация машиностроения харак­теризуется не только компьютерными технологиями, но и наличием новых физических свойств производственной системы.

1.1.3. Концепция компьютерно-интегрированного производства

Основой развития современного машиностроения в мире является ком­пьютеризация и интеграция всех производственных процессов и управления производством от начала разработки до поставки готовой продукции потребителю.

Интеграция в производственных системах или комплексах (в широком смысле, как это теперь понимается в рамках концепции международных стандартов ИСО серии 9000) независимо от категории и вида произво­дственной деятельности и отрасли народного хозяйства, а также уровня и масштаба интеграции (начиная с низшего уровня, интеграции операций на одном рабочем месте и кончая интеграцией на самом высоком, международном уровне) .

Если опираться на идеологию, соответствующую указанным между­народным стандартам, то следует в первую очередь говорить об интеграции с целью совершенствования деятельности по обеспечению всех этапов ЖЦИ (англ, life-cycle), на чем основывается современная теория управления качеством . В соответствии со стандартами ИСО серии 9004 принято выделять одиннадцать этапов жизненного цикла.

1. Маркетинг, поиски рынков, анализ состояния рынков, выработка рекомендаций по выпуску продукции.

2. Разработка технических требований, проектирование изделий.

3. Разработка технологических процессов, технологическая подготовка производства.

4. Материально-техническое обеспечение производства.

5. Процессы изготовления (производство в узком смысле).

6. Проведение контрольных, приемо-сдаточных и иных испытаний.

7. Упаковка, маркировка и хранение произведенных изделий.

8. Распределение, транспортирование и реализация изделий.

9. Монтаж и эксплуатация.

10. Техническая помощь в обслуживании.

11. Утилизация после окончания срока использования или эксплуатации.

Графически этот цикл принято представлять в виде окружности или любой замкнутой кривой с разметкой по этапам; когда происходит замыкание контура, это означает, что после утилизации цикл начинается сначала, уже для нового изделия.

Иногда этот цикл представляют в виде винтовой линии; при этом подра­зумевается, что для нового изделия (или новой модификации того же изделия) начинается следующий виток. В течение первых пяти этапов изделие еще не существует, на последнем – уже не существует. Однако следует иметь в виду, что представление о замыкании цикла или выходе на новый виток лишь по окончании предыдущего витка является абстрактной схемой и не соответствует опыту реальной деятельности. На самом деле в любой организации всегда идет параллельная работа над многими изделиями или над многими модификациями одного изделия, причем в любой момент времени эти изделия находятся на разных этапах.

Учитывая это, правильнее было бы представить общую картину в виде семейства наложенных друг на друга винтовых линий со смещенными друг относительно друга точками этапов.

Независимо от общественного строя и типа экономики интеграция по последовательным этапам ЖЦИ осуществляется проще всего в масштабах завода, комбината, компании или фирмы. Традиционно во всех странах интегрирование осуществлялось в пределах одной и той же организации лишь по части этапов.

В настоящее время центром тяжести в интеграции считается исполь­зование унифицированных компьютерных технологий и программного обеспечения разнообразной документации (проектной, технологической, рабочей (непосредственно относящейся к изготовлению), эксплуатационной и пр.) и соответствующего программного обеспечения. При этом интеграция осуществляется по этапам 2-3-4-5 ЖЦИ. В международной практике это однозначно связывается с внедрением стандартов ИСО 10303 и обычно все это именуется CALS-технологиями.

Технологии CALS (англ, computer acquision and life-cyclesupport) в переводе – обеспечение непрерывности поставок и поддержки жизненного цикла изделий. Вольный перевод: обеспечение неразрывной связи между производством и всеми остальными этапами ЖЦИ (за счет создания максимально полной информационной модели изделия), охватывающей все этапы ЖЦИ от маркетинга до утилизации, предлагающей единое информационно-программное обеспечение на основе системного подхода ко всей проблематике создания новых изделий.

Разработчики и комментаторы подчеркивают, что CALS – это не только конкретный программный продукт, не только набор правил и шаблонов, но преимущественно общая концепция создания единой информационной модели изделия. Однако рассмотрение интеграции только по этапам ЖЦИ раскрывает только один аспект интегрирования.

Исторически в различные периоды проблемы интеграции по существу (сам термин появился и приобрел права гражданства достаточно поздно) понимались то шире, то уже, на передний план выходили вполне определенные формы интеграции . Так, начиная с начала до середины прошлого века, интеграция понималась преимущественно как концентрация на одной заводской территории всего оборудования больших производственных комплексов, объединявших все производственные функции, необходимые для производства определенных изделий.

Ве гг. XX века понятие интегрированные производственные системы (англ, integrated manufacturing systems) применительно к машиност­роению неразрывно связывалось возможно более полной автоматизацией выполнения последовательностей технологических и вспомогательных операций, начиная со складирования, подачи заготовок и подготовки необходимого оборудования с инструментом, кончая контролем и отгрузкой готовых деталей и узлов.

Нет сомнения в том, что проблематика интеграции и дезинтеграции в производстве вечна, хотя, конечно, наибольшая актуальность приписывалась, и будет приписываться в разные времена, различным аспектам интеграции. Но нужно иметь в виду, что усиление акцента на одном аспекте проблемы не отменяет другие аспекты.

Во всех случаях интеграцию можно представить как установление и организацию функционирования теми или иными типовыми средствами связей между интегрируемыми объектами или частями. Эти связи могут иметь различную природу, они иногда могут быть прямыми, непосредст­венными, но чаще всего реализуются через цепочки промежуточных звеньев.

Полностью или частично КИП не приводит само по себе к гибкому производству, оно может иметь различную гибкость и обеспечивается гиб­костью различных элементов производства, интегрированных производст­венных систем. Степень необходимой гибкости производства основывается на базе технико-экономических показателей всего производства, завода в целом, а не на осно­вании эффективности отдельных его частей.

Применение ЭВМ в управлении КИП позволяет осуществлять комплексный подход к автоматизации всех видов работ и процессов – от проработки задания на производство нового изделия, конструкторско-расчетных работ, технологической подготовки производства, всего комплекса технологических процессов – от заготовки до упаковки и отправки изделия потребителю, а так же всего, что связано с содержанием, ремонтом, управлением, включая расчеты, технико-экономических показателей, эконо­ми­ческой эффективности, финансово-бухгалтерское и кадровое обеспечение.

Особое внимание в настоящее время уделяется вопросам разработки единого информационного, математического и программного обеспечения систем автоматизированного проектирования, конструирования, технологи­ческой подготовки, планирования и организации производства.

«Философия» КИП требует рассмотрения каждого отдельного действия или деятельности всего завода и всего, что с ней связано, как единого процесса, который обеспечивает своевременную и полную взаимоувязку каждого действия с целью организации выпуска как можно большего разнообразия изделий в пределах имеющихся возможностей по заранее определенному графику с минимальными затратами.

Это ведет к возможности интеграции всего производства в единый автоматизированный процесс, включая научно-исследовательские и опытно-конструк­торские работы (НИОКР). При этом значительная экономия и сокра­щение времени внедрения новой техники получают вследствие уменьшения имеющихся дублирования и разрыва опытно-конструкторских работ и производ­ства, а также уменьшения времени всего цикла создания и производства продукции.

Наиболее короткий цикл производства, меньшая себестоимость, высокое качество продукции, полный контроль за капиталовложениями и оборот­ными средствами при абсолютно полном контроле за деталями и изделиями, за их изготовлением по всему циклу, пока они находятся на заводе, при этом делается только то, что предписано, и не запускается ничего лишнего. Это еще одна черта, которая вкладывается в понимание полной интеграции производства и чему содействует концепция гибкого интегрированного производства.

Основной задачей КИП состоит в обеспечении в гибкости и интеграции производственных систем на базе КИТ, основными характеристиками которого являются:

1) уровень производительности;

2) величина себестоимости;

3) стабильность высокого качества продукции;

4) эффективность использования средств производства;

5) численность обслуживающего систему персонала и характеристики условий труда.

1.1.4. Системная формализация КИП

КИП представляет собой одновременно как систему, включающую в себя ряд элементов, а также как и подсистему, входящую в систему более высокого уровня, и может быть формализована с позиции теории систем
:

1) КИП как система S есть нечто целое от функции А

Это определение выражает факт существования и целостность. Двоичное суждение А (1,0) отображает наличие или отсутствие этих качеств.

2) КИП как система S есть организованное множество.

(1.2)

где орг – оператор организации;

М – множество.

3) КИП как система есть множество вещей, свойств и отношений.

(1.3)

где m – вещи,

n – свойства,

k – отношения.

4) КИП как система есть множество элементов, образующих структуру и обеспечивающих определенное поведение в условиях окружающей среды:

где L – элемент,

ST – структура,

BE – поведение,

Е – среда.

5) КИП как система есть множество входов, множество выходов, мно­жество состояний, характеризуемых оператором переходов и оператором выходов:

где Х – входы,

Y – выходы,

Z – состояния,

Н – оператор переходов,

G – оператор выходов.

6) Если определение (1.5) дополнить фактором времени и функциональ­ными связями, то получим определение системы уравнениями

где Т – время,

X – входы,

Y – выходы,

Z – состояния,

V – класс операторов на входе,

Vz – значения операторов на выходе,

F и f – функциональные связи в уравнениях.

7) Для организации системы КИП в определении системы учитывают следующее

где PL – цели и планы,

RO – внешние ресурсы,

RJ – внутренние ресурсы,

ЕХ – исполнители,

PR – процесс,

DT – помехи,

SV – контроль,

RD – управление,

EF – эффект.

Последовательность определений можно продолжить, в которых учитывалось бы такое количество элементов, связей и действий в реальной системе, которое необходимо для решаемой задачи, для достижения поставленной цели.

К числу задач, решаемых теорией систем, относятся: определение общей структуры системы; организация взаимодействия между подсистемами и элементами; учет влияния внешней среды; выбор оптимальных алгоритмов функционирования системы.

Проектирование КИП делится на две стадии: 1) макропроектирование (внешнее проектирование) в процессе которого решаются функционально-структурные вопросы системы в целом, и 2) микропроектирование (внутреннее проектирование) связанное с разработкой элементов системы как физических единиц оборудования и с получением технических решений по основным элементам (их конструкции и параметры, режим эксплуатации).

1.1.5. Функционально-целевые структуры механообработки

Организационно-технический и производственно-технический потен­циалы являются (рис.1.2) функциональными характеристиками ФЦС . Как инте­гральный показатель он должен отражать наиболее существенные характе­ристики КИП и в общей форме оценивать ее технический уровень. К таким характеристикам относятся, прежде всего, количественная мера подетальной специализации (уни­вер­сальность), выражаемая укрупненно числом техноло­гических групп или наименований обрабатываемых деталей. Номенклатура последних отражает способности системы экономически целесообразно выпускать различные детали по различной технологии.

Рисунок 1.2 – Функционально-целевые структуры КИП

ПТС представляет собой совокупность значений производительности системы и ее технологических возможностей . При вычислении произ­водительности обработки деталей всех наименований из установленных для системы технологических групп в стоимостном выражении производственно-технологический потенциал интегрируется парой

, (1.8)

где – объем продукции системы в стоимостном выражении (в единицу времени);

– множественное объединение технологических возможностей системы по обработке всех деталей;

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

РОССИЙСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Филиал РГГУ в г. Санкт-Петербурге.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Интегрированные производственные системы

Санкт-Петербург 2009

Введение

Технологии в производстве

Интегрированные производственные системы

Технологии в сфере услуг

Заключение

Введение

В современном миру технологический прогресс не ограничивается только использованием компьютерной техники, а определяется также многочисленными новинками, которые появились в результате создания новых материалов и способов изготовления продукции, появления различных научных открытий (например, в генной инженерии). Достаточно вспомнить, что реальная перспектива создания автомобиля, не требующего замены масла, стала прямым результатом разработки нового синтетического масла в сочетании с применением новых материалов для изготовления деталей двигателя и усовершенствованных методов их обработки. Одной из важнейших сфер технологического прогресса является вторичное использование промышленной продукции. К примеру, в США разработаны и действуют правительственные программы, согласно которым компоненты многих видов продукции, особенно изготовленные из пластика, после окончания их срока службы подлежат вторичной переработке. Эти программы налагают на компании ответственность за уничтожение или повторное применение выпускаемой ими продукции. Специалисты предсказывают, что основную роль в реализации этих программ будет играть разработка новых технологий в материаловедении.

1. Технологии в производстве

Основным результатом появления новых технологий в техническом обеспечении стал более высокий уровень автоматизации процессов; благодаря им создается оборудование, выполняющее трудоемкие операции, которые раньше выполнялись людьми. В качестве примеров можно назвать станки с числовым программным управлением, обрабатывающие центры, промышленные роботы, автоматизированные системы подачи материалов и гибкие производственные системы. Все это оборудование, которое управляется компьютером, широко применяется в производстве.

Технологии, основанные на разработках программного обеспечения, широко используются при проектировании продукции, а также для анализа и планирования производственной деятельности. Наиболее известны из них системы автоматизированного проектирования и автоматизированные системы планирования и управления производством.

Станки с числовым программным управлением (станки с ЧПУ- Numerically Controlled Machine) состоят из обычного станка, который применяется для обточки, сверления или шлифовки всевозможных деталей, и компьютера, управляющего последовательностью операций, выполняемых машиной. Станки с ЧПУ впервые стали применять в 60-х годах компании в аэрокосмической промышленности, и с этого времени они широко используются во многих других отраслях. В самых современных моделях станки с ЧПУ имеют замкнутые системы автоматического управления с обратной связью (Feedback Control Loops), которые определяют положение инструмента и детали в процессе обработки, постоянно сравнивают фактическое положение с запрограммированным и при необходимости корректируют его. Такой процесс часто называют адаптивным управлением.

По сравнению со станками с ЧПУ обрабатывающие центры (Machining Centers) обеспечивают еще более высокий уровень автоматизации. В таком оборудовании не только выполняется автоматическое управление процессом работы, но и осуществляется автоматический выбор и установка инструмента, в зависимости от того, какой инструмент нужен для выполнения той или иной операции. Кроме того, такой центр можно оборудовать автоматической транспортной системой челночного типа, которая позволяет в процессе обработки какой-либо детали на станке автоматически загружать в специальные приспособление необработанные детали, а готовые - выгружать.

Промышленные роботы (Industrial Robots) используются для замены человека при выполнении многократно повторяющихся операций, а также опасной, вредной и рутинной работы.

Роботы - это перепрограммируемые многофункциональные машины, оснащенные так называемым рабочим органом робота. Примером таких рабочих органов могут служить захваты (захватные устройства) для поднятия деталей либо таких инструментов, как гаечный ключ, сварочный аппарат или краскораспылитель.

Современные роботы оснащены устройствами, обеспечивающими визуальную, сенсорную и ручную координацию. Кроме того, существуют модели, которые можно «научить» определенной последовательности движений в трехмерном пространстве. Для этого рабочий совершает необходимые для данной операции конкретные движения совместно с рабочим органом робота, а вычислительная машина регистрирует эти движения в своей памяти и по команде может точно воспроизвести их. Приобретение такого оборудования зачастую быстро окупаются благодаря экономии затрат на рабочую силу.

Автоматизированные системы подачи материалов (Automated Materials Handling Systems - АМН) служат для повышения эффективности транспортировки, хранения и пополнения материальных запасов. Примерами могут служить компьютеризированные транспортеры и системы автоматизированного хранения и пополнения запасов (Automated Storage And Retrieval Systems - AS/RS), в которых компьютеры определяют автоматическим погрузчикам, какой груз следует поднять и куда переместить. Разработаны также системы автоматически управляемых транспортных средств (Automated Guided Vehicle - AVG), в которых для направления так называемых робокаров (машин, движущихся без водителя) на различные участки завода используются проложенные под полом электрические провода. Системы АМН обладают целым рядом преимуществ, в частности они обеспечивают быстрое перемещение материалов и меньший объем товарно-материальных запасов, сокращается площадь складских помещений и процент повреждения продукции и значительно повышается производительность.

Перечисленные выше элементы автоматизации можно объединить в так называемые производственные ячейки (Manufacturing Cells) и даже в целые гибкие производственные системы (Flexible Manufacturing Systems - FMS). Производственная ячейка может состоять, например, из одного робота и одного обрабатывающего центра. Робот можно запрограммировать таким образом, чтобы он автоматически вставлял детали в обрабатывающий центр и затем удалял обработанную деталь, что позволяет заменить оператора. FMS - это полностью автоматизированная производственная система, состоящая из обрабатывающих центров с автоматической подачей и выгрузкой деталей, системы автоматически управляемых транспортных средств для перемещения деталей от машины к машине и других элементов автоматизации, позволяющих организовать производство, в котором практически не участвует человек. Чтобы обеспечить бесперебойную работу таких систем, в них широко применяются сложнейшие системы автоматизированного управления.

Так же существуют Системы программного обеспечения:

Системы автоматизированного проектирования (Compu-ter-Aided Design - CAD) позволяют использовать в ходе проектирования продукции и технологических процессов мощь компьютерной техники. CAD объединяет несколько автоматизированных методов, основными из которых являются компьютерная графика и автоматизированное моделирование (Computer-Aided Engineering - САЕ). Компьютерная графика применяется для исследования визуальных характеристик продукции, а САЕ - для оценки ее инженерных характеристик.

Система автоматизированного проектирования применяется при разработке практически любой продукции, от компьютерных чипов до картофельных чипсов.

Современные производители используют методы автоматизированного проектирования при разработке купальных костюмов по индивидуальным заказам. Мерки, снятые с будущего владельца, закладываются в специальную компьютерную программу вместе с информацией о модели, выбранной заказчиком. Работая с клиентом, проектировщик изменяет дизайн костюма на экране компьютера, на котором изображена фигура человека, одетая в конкретную модель. Затем компьютер распечатывает окончательный образец, на основе которого кроится и шьется полностью соответствующий пожеланиям заказчика купальный костюм.

Автоматизированными системами планирования и управления производством (Automated Manufacturing Planning and Control Systems - MP&CS) называют компьютерные информационные системы, помогающие планировать процесс, составлять графики и следить за ходом выполнения производственных операций. Эти системы непрерывно получают из заводских цехов сведения о состоянии работ, поступлении материалов и т.д., и составляют наряд-заказы на изготовление и поставку. Сложные автоматизированные системы планирования и управления производством выполняют обработку поступивших заказов, управляют работой в цехах и закупками и ведут производственный учет.

2. Интегрированные производственные системы

Все описанные выше методы автоматизации объединяются в единую интегрированную производственную систему (Computer-Integrated Manufacturing - CIM). CIM представляет собой автоматизированную версию производственного процесса, в которой три основные производственные функции - проектирование продукции и технологического процесса, планирование и управление и собственно производственный процесс - обеспечиваются описанными выше автоматизированными методами. Кроме того, компьютерными технологиями замещаются также традиционные механизмы устного и письменного общения. Такое высоко автоматизированное и интегрированное производство называют также полной заводской автоматизацией и заводом будущего. Во врезке «Производство по индивидуальному заказу» описывается, каким может стать производственный процесс в будущем. Все методы, объединенные в систему CIM, взаимосвязаны, поскольку пользуются общей интегрированной базой данных. Так, например, благодаря интеграции данных системы CAD могут объединяться с системами автоматизированного производства (Computer-Aided Manufacturing - САМ), т.е. программами для обработки деталей с применением числового программного управления, а автоматизированные системы планирования и управления производством - с автоматизированными системами подачи материалов, что значительно ускоряет процесс составления ведомостей необходимых деталей. Таким образом, в полностью интегрированной системе отдельные функции проектирования, тестирования, изготовления, сборки, контроля качества и управления материалами не только автоматизированы, но и связаны как между собой, так и с процессом производственного планирования и составления графиков.

3. Технологии в сфере услуг

Основным элементом снижения стоимости, повышения качества и скорости выполнения операций, связанных с предоставлением услуг, является способность сервисной компании эффективно управлять потоком информации и ее обработкой.

Стремительное развитие электроники привело к тому, что за последние несколько десятков лет в сервисном секторе экономики стали широко применяться самые разнообразные новые информационные технологии.

Офисная автоматизация (Office Automation) достигается интеграцией различных офисных технологий с усовершенствованными офисными процессами, целью которой является повышение эффективности и производительности работы офисных служащих. Офисную автоматизацию нередко связывают с такими технологиями, как персональные компьютеры, текстовые редакторы, электронные таблицы, электронная и голосовая почта, факсимильное оборудование и проведение телеконференций. Инструменты офисной автоматизации как раз предназначены для формирования новых сведений и знаний и их эффективного использования.

Текстовые редакторы и электронные таблицы - это две офисные системы из огромного множества, позволяющие преобразовать идеи и данные в знания, представленные в понятной для любого будущего пользователя форме. Текстовые редакторы значительно повышают производительность обработки документации, поскольку сокращают время создания проектов текстовых материалов, их редактирования, одобрения, копирования, печати и хранения. Благодаря применению электронных таблиц сокращаются сроки организации, анализа и интерпретации огромных объемов данных. Электронная почта и факс позволяют быстро и эффективно передавать и распространять информацию среди других пользователей и хранить ее для последующего использования. Цели голосовой почты в основном аналогичны электронной, но она предназначена для передачи, хранения и получения вербальной информации. Все эти инструменты используются для быстрого и простого обмена информацией, однако есть одна технология, а именно - телеконференции, которая позволяет обеспечивать интерактивный обмен информацией и образами в реальном времени. Благодаря этому данная технология постепенно вытесняет практику обычных собраний, что уже привело к значительному сокращению командировочных расходов, обеспечив при этом быструю реакцию на любые проблемы, возникающие в самых разных точках мира.

В системах распознавания образов (Image Processing Systems) современные цифровые и оптические технологии используются для сканирования, ввода, хранения и воспроизведения образов любого уровня сложности. Например, оборудование для распознавания образов широко применяется в банках при проведении операций по кредитным карточкам и при проверке чеков.

После этого устройство для распознавания знаков анализирует номер счета полученного цифрового образа (с точностью до 99%), и оператор регистрирует суммы расходов с использованием цифровых образов, а не бумажного бланка. Такая система не только повышает точность процедуры выписывания счетов, но и позволяет операторам, непосредственно обслуживающим клиентов, находить учетные данные по операциям в течение считанных секунд, а не дней (которые иногда требуются для поиска данных, хранящихся на микропленке).

Новые технологии, использующие штрих-коды и сканирование, позволили значительно снизить уровень товарно-материальных запасов супермаркетов и магазинов, торгующих со скидками. Кроме того, с их помощью эти магазины могут точнее отслеживать структуру сбыта.

Электронный обмен данными (Electronic Data Interchange - EDI) представляет собой процесс, в ходе которого данные информационной системы одной фирмы (например, закупочной) электронным способом преобразуются во вводимые данные информационной системы другой фирмы (например, по сбыту) без каких-либо задержек, неизбежных при использовании обычной почты, и обеим фирмам при этом не приходится заниматься вводом этих данных. Так, например, торговая сеть готовой одежды Limited воспользовалась системой EDI для связи всех своих магазинов с текстильной фабрикой, находящейся в Гонконге. Эта система получает от всех магазинов информацию о сбыте, обрабатывает ее и отсылает результаты обработки обратно.

После этого фабрика приступает к производству именно тех изделий, которые продаются лучше всего. Банк Wells Fargo Bank позволяет своим клиентам - коммерческим фирмам самостоятельно управлять их кассовыми счетами путем введения данных непосредственно на счета в компьютере банка через систему электронного обмена. Электронный обмен данными широко используется как в производственном, так и в сервисном секторе экономики. В общем, эта технология обеспечивает эффективное средство быстрого обмена информацией между поставщиками какой-либо продукции или услуг и их потребителями.

Системы принятия решений и экспертные системы. Многие описанные выше информационные технологии предназначены для повышения эффективности передачи, хранения, получения и обработки данных. По сравнению с ними системы принятия решений и экспертные системы (Decision Support and Expert Systems) представляют собой шаг вперед, поскольку обеспечивают поддержку в процессе принятия решений, а порой даже заменяют этот процесс. Они незаменимы при определении альтернатив, сборе и анализе информации, необходимой для оценки этих альтернатив, и при выборе оптимального решения или наиболее выгодных альтернатив. Эти системы также эффективно используются для оценки затрат или других последствии принятия того или иного решения, предложенного менеджером. Например, банк Chemical Bank разработал экспертную систему на персональных компьютерах для оценки проведения розничных банковских операций с клиентами.

Она получила название Genesys и предназначена для обеспечения непосредственного контакта различных групп банковских клерков с клиентами. Одной из характеристик этой системы является ее способность принимать решения о предоставлении ссуд частным лицам на основе автоматизированной оценки кредита. В ходе этой оценки экспертная система анализирует информацию о клиенте, полученную из самых разных баз данных, и принимает решения, основываясь на стандартных правилах, разработанных опытными специалистами по предоставлению ссуд.

Сегодня трудно найти организацию, в офисе которой стоял бы один универсальный компьютер, выполняющий все вычислительные функции. Обычно персональные компьютеры и мощные вычислительные машины соединяются в единую систему, или сеть, как между собой, так и с принтерами, факс-аппаратами, ксероксами и другой офисной техникой через телекоммуникационные каналы связи. Такое распределение компьютерных мощностей в пределах организации называют также распределенной обработкой данных. Очень часто оно достигается с помощью архитектуры клиент/сервер, которая состоит в том, что сети персональных компьютеров конечных пользователей (клиентов) объединяются более производительными компьютерами или крупными вычислительными станциями или даже мощными компьютерами, которые служат серверами или суперсерверами.

Сетевые компьютерные системы позволяют клиентам общаться между собой электронным способом и совместно пользоваться аппаратным обеспечением, программами, данными и другими ресурсами. Например, конечные пользователи локальной офисной вычислительной сети (Local Area Network - LAN), состоящей из нескольких микрокомпьютеров, могут совместно пользоваться пакетами программного обеспечения и большими базами данных, хранящимися на сервере, и распечатывать документы на дорогом лазерном принтере, обеспечивающем высочайшее качество печати. В последние два десятилетия неуклонное снижение цен и расширение возможностей микрокомпьютеров и каналов телекоммуникационной связи способствовали широкому распространению сетей типа клиент/сервер, и похоже, что в будущем эта тенденция только усилится.

Заключение

программный технология автоматизированный

Прогресс технологий имеет первостепенное значение для повышения производительности труда в большинстве стран мира. Фирмы, которые раньше других приобретают и успешно внедряют технологические новинки, получают значительное конкурентное преимущество. Хотя каждая из описанных в этом дополнении производственных и информационных технологий представляет собой мощный инструмент и может применяться отдельно от других, выгоды от применения новых технологий растут в геометрической прогрессии, если они используются в комплексе. Это особенно верно по отношению к интегрированным производственным системам (CIM).

Выгоды и преимущества внедрения большинства современных технологий не носят стопроцентного материального характера, и часто их можно оценить только через некоторое время. Использование традиционных методов калькуляции затрат и обычного финансового анализа может привести к созданию неточной картины потенциальных преимуществ применения таких технологий, как CIM. Следовательно, при оценке окупаемости инвестиций в новые технологии следует принимать во внимание выгоды стратегического характера. Далее, поскольку капитальные издержки на многие современные технологии, как правило, очень велики, каждая компания перед их приобретением должна максимально точно оценить связанные с их внедрением риски.

Внедрение гибких производственных систем или систем принятия решений требует значительных затрат как материального, так и морального характера. Нередко инвестиции в такие системы бывают для малых и средних фирм недоступной роскошью. Однако, по мере совершенствования технологий и их дальнейшего распространения, стоимость их постепенно снижается и приобрести их скоро смогут даже небольшие компании. Учитывая сложную интеграционную природу новых технологий, следует отметить, что для их успешного внедрения необходима полная заинтересованность в этом как руководства, так и служащих компании.

Список использованных источников

1.Балашов А. Производственный менеджмент (организация производства) на предприятии. Завтра экзамен - СПб.: Питер, 2009.

Горфинкель В.Я. Экономика предприятия. Учебник для ВУЗов - , 2004.

Глухов В.В. Производственный менеджмент - СПб.: Лань, 2008.

Желтенков А.В. Управление операциями. Операционный менеджмент

Учебное пособие. - М.: ФБК-ПРЕСС, 2005.

Ильенкова С.Д. Производственный менеджмент учебник для вузов. - М.: Юнити-Дана, 2002.

Лысикова О.В. Операционный менеджмент туризма. Уч. пос. - М.: МПСИ, 2006.

Макаренко М.В. Производственный менеджмент. Учебное пособие для ВУЗов - М.: Приор, 1998.

Фатхутдинов Р.А. Производственный менеджмент: Учебник для вузов. - СПб.: Питер, 2008.

Чейз Р. и Др. Производственный и операционный менеджмент. - М.: Вильямс, 2007.