Инжиниринг промышленных предприятий: пять удачных примеров

Картинки по запросу инжиниринг промышленных предприятийПрактически все современные предприятия рано или поздно приобретают и начинают использовать те или иные программные средства автоматизации своих типовых работ. В той области, в которой в основном работает наша компания, речь идёт прежде всего об автоматизации конструкторской и технологической подготовки производства. Программного обеспечения, предназначенного практически для всех видов работ предприятий в этой части их деятельности, много, оно хорошо известно, активно и широко используется в реальной жизни. Но человеку от природы свойственна некоторая инерция мышления, и, покупая новый инструмент, человек часто пытается приладить его к старым привычкам, воспроизводя в нашем случае на компьютере классические подходы к работе.

Картинки по запросу инжиниринг промышленных предприятий

Однако новый инструмент — это всегда и принципиально новые возможности, способные дать много больший эффект при условии некоторой (а порой и тотальной) реорганизации привычной деятельности. И относят такую перестройку предприятия, касается ли она всего предприятия или только некоторых групп людей или небольших этапов полного производственного цикла, к области инжиниринга бизнес-процессов.

Наша компания, как любой уважающий себя и своих клиентов системный интегратор, оказывает и такие услуги, повышая тем эффективность деятельности технических служб предприятия. В принципе, мы занимаемся всеми видами инжиниринговой деятельности: проектированием изделий и оснастки, расчётами работоспособности изделий и разработкой программ для станков, подготовкой конкретных специалистов и тренеров внутри компаний, разработкой методик проектирования и созданием специального заказного программного обеспечения, комплектацией ПО под комплекс задач предприятия и сопряжением ПО с оборудованием разного рода, и так далее, и тому подобное.

Также смотрите другие примеры инжиниринга

Но в основном мы работаем, повторюсь, в области конструкторско-технологической подготовки производства, и в данной статье мы расскажем о некоторых наших работах, выполненных на предприятиях или детально проработанных и доведённых до состояния готовности к запуску на площадке клиента, но на момент написания этого текста пока ждущих «зелёную ракету». В такой статье, собирающей в одном месте работы, выполнявшиеся для разных предприятий, мы, следуя законам жанра, вынуждены соблюдать некие негласные правила такой игры, а именно, ни одно предприятие не будет названо полным именем, а некоторые иллюстрации сознательно упрощены, искажены или размыты по причинам конфиденциальности и режимности. Разумеется, для читателя, давно работающего в его конкретной области, все эти условные буквенные обозначения будут секретом Полишинеля, что-то в стиле «мы сидели в Ялте на берегу N-ского моря» Ильфа и Петрова; ну а читатель, заинтересовавшийся деталями конкретного примера, всегда может обратиться за подробностями в нашу компанию.

Итак, пять примеров:

  1. Методика групповой разработки модификаций изделия
  2. Методика расчёта рабочих режимов использования мобильной РЛС
  3. Быстрое создание типовой оснастки
  4. Программирование обработки на станках с ЧПУ
  5. Мечта всей жизни – большая красная кнопка

Пример № 1: методика групповой разработки модификаций изделия

Предприятие «З» в городе «Т» разрабатывает кресла. Не простые, а катапультируемые из кабин летательных аппаратов. И хотя изделие это серийное, оно имеет, как оказалось, множество вариантов в части конфигурации основы кресла, его комплектации и применяемых материалов. Число вариантов постоянно растёт, и при создании нового варианта нужно подключать к работе нескольких специалистов разных специальностей. Кроме того, виды возможных изменений мало предсказуемы, так что варианты применения каких-либо автоматических конфигураторов заведомо неприемлемы. Казалось бы, это классический пример стандартной организации проектирования изделия «сверху вниз», и выдумывать тут особо нечего, но в реальности инструменты 3D-проектирования предлагают несколько принципиальных методик реализации этой идеи, и эти методики могут быть реализованы разными способами. Предприятию же нужно готовое к применению решение, ну нет у него (как у любого предприятия, впрочем) времени и людских ресурсов на творческие эксперименты. И решение это выработала команда нашей компании.

Разумеется, в первую очередь мы собрали подробнейшие сведения обо всех аспектах работ, выполняемых при создании новых модификаций изделия: возможные области и направления вариаций, требования к полноте и точности представления конечной 3D-модели сборки изделия (её принципиальная необходимость сразу была декларирована заказчиком), требования к комплектности КД и срокам выдачи предварительных и окончательных вариантов всей документации, требования к структуре изделия в PDM-системе, особенности бизнес-процесса запуска и всего хода выполнения такой работы… На основании анализа полученных данных мы пришли к выводу, что в основу методики проектирования вариантов этого изделия должна лечь технология использования виртуального контрольно-увязочного макета. Наш специалист, назначенный на решение данной задачи, детально проработал теоретически и затем отработал в нашей лаборатории на компьютерах всю последовательность действий нескольких специалистов, совместными усилиями создающих новый вариант изделия. Все специалисты работали с привязкой создаваемых или модифицируемых ими составных частей изделия к единому объёмному макету, что гарантировало не только автоматическую собираемость модели конечного изделия, но и управляемость всего процесса со стороны ведущего конструктора. Были выбраны и проверены практикой методы создания самого контрольно-увязочного макета, его использования как основы деятельности всех участников процесса, исключение его влияния на производительность системы, разрабатываемый состав изделия и содержимое КД, а также требования и рекомендации к таким макетам.

SWR инжиниринг

Рис. 1. Контрольно-увязочный макет кресла с управляющими размерами

SWR инжиниринг

Рис. 2. Блок-схема бизнес-процесса разработки модификации изделия

SWR инжиниринг

Рис. 3. Автоматическая контрольная сборка изделия

Результаты нашей работы выросли в объёмистый, богато иллюстрированный документ – Методику ведения разработки изделия. Наконец, методика была опробована и отшлифована на площадке клиента. Методика включает все вопросы используемой технологии: требования к контрольно-увязочному макету и оптимальную последовательность его создания, организацию в PDM-системе процесса запуска работы с выдачей заданий исполнителям и процедуры отслеживания хода работ, правила использования макета и особенности процедур создания КД, и так далее.

Результат же внедрения новой методики проектирования – исключение затрат времени на организацию таких работ, исключение ошибок согласования выполняемых доработок друг с другом и с единой основой всего изделия, сокращение срока выполнения новой разработки в несколько раз, гарантия полноты и корректности получаемой КД и структуры изделия: её полнота и корректность (приводящие к полноте и корректности создаваемых по ней текстовых конструкторских документов, вроде ведомостей покупных изделий и материалов) часто оказывается критичным звеном в планировании закупок и производства.

Пример № 2: методика расчёта рабочих режимов использования мобильной РЛС

Несколько лет тому назад предприятие «П» из города «Р» попросило нас решить такую задачу: есть блок РЛС с антенной, блок поворотный, антенна качающаяся, и надо выяснить, как быстро при повороте изделия от одного крайнего положения до другого колебания системы успокоятся настолько, что её замерам можно будет доверять. Клиент уже пробовал решать задачу «в лоб», в том числе и с использованием весьма дорогого ПО (его название, думаю, достаточно прозрачно), но ожидаемое расчётное время не позволяло никаких шансов дождаться хотя бы первичного результата. А никакой серьёзный расчёт не выполняется за один присест, ибо после каждого пересчёта в систему вносятся изменения, призванные её оптимизировать!

SWR инжиниринг

Рис. 4. Модель сборки изделия

За решение задачи взялся лично руководитель нашего расчётного отдела, человек-легенда международного масштаба в области инженерного анализа, автор множества академического уровня книг по вопросам решения расчётных задач Андрей Александрович Алямовский. Про международный масштаб – это не шутка, ибо пару лет назад Андрей Александрович читал на всемирной конференции SolidWorksWorld доклад о тепловых расчётах, и один из отзывов слушателей был буквально таким: «один этот доклад стоил того, чтобы посетить конференцию». Естественно, первым делом он тщательно изучил ситуацию и выработал подходы к решению такой задачи, являющейся для клиента довольно-таки типовой и даже критичной.

Во-первых, в изделии было использовано несколько десятков нестандартных подшипников. Расчёт «в лоб» запускал, разумеется, решение контактной задачи для каждого шарика каждого подшипника, что выполняется ну очень долго и, что обидно, вообще-то бессмысленно: подшипники нужно учитывать иначе. Посему сначала был разработан метод решения частной задачи: определение жёсткости такого подшипника и влияния на неё масштабного фактора (подшипники были конструктивно идентичны, но различались, естественно, размерами). Использованное нами ПО позволяет создавать и использовать в расчётах свои библиотечные сущности разного рода, в частности и подшипники, что позволяет при решении полной задачи практически не тратить на них расчётное время.

SWR инжиниринг

Рис. 5. Стандартизация нестандартных подшипников

Во-вторых, изделие со всех сторон обвешано различными компонентами, влияющими своей массой и плечом крепления на динамические показатели системы и колебательные процессы, но в принципе не заслуживающие обсчёта «по гамбургскому счёту» – с построением детальной сетки и полным анализом их структуры. Такие компоненты в докомпьютерную эру учитывались как точечные массы, висящие на таком-то плече такой-то жёсткости. И если компоненты их подвески просчитать на жёсткость необходимо, то сами эти массы можно также выделить в не требующие расчётных ресурсов сущности специального типа.

SWR инжиниринг

Рис. 6. Виртуализация лишнего

Результат для клиента – расчётное время сократилось с ожидавшихся в исходной системе недель до реальных нескольких часов в пределах одного рабочего дня, причём с использованием существенно более дешёвого расчётного пакета. Разумеется, виновато не ПО как таковое, причина нашего успеха в решении данной задачи – как раз в инженерном подходе к разработке оптимальной методики решения. Итог – предприятие может выполнять расчёт даже в параметрической оптимизационной постановке, не говоря уже о реально очень быстрой проверке вариантов конструктивных решений. А проведённое на примере этой задачи специальное обучение инженеров позволяет тиражировать опыт и на другие разработки подобного назначения.

SWR инжиниринг

Рис. 7. Результаты: формы и значения частот собственных колебаний

Пример № 3: быстрое создание типовой оснастки

Речь пойдёт о быстром создании пресс-форм. Заказчик – предприятие «Э» из города «К». В рамках проведения в жизнь модного слова «импортозамещение» предприятию было поручено освоение выпуска электрических разъёмов для приборостроения, причём освоить надо было весь диапазон таких изделий, потребляемых оборонными и мирными, но аэрокосмическими предприятиями, и начать их выпуск надо было очень быстро.

Казалось бы, при чём тут какой-то инжиниринг, какие тут могут быть специальные разработки? Покупай готовый «коробочный» компоновщик пресс-форм и штампуй эти формы в любом количестве. Однако такое решение в данных условиях не было бы оптимальным. Все подобные компоновщики позволяют очень быстро слепить комплект плит и стандартного крепежа, но это лишь скелет пресс-формы, который надо обвесить «мясом»: формообразующими вставками, системами литников, питателей, толкателей и охлаждения, специальными клиновыми механизмами… И эта работа классически сводится в подобном специализированном, но «коробочном» ПО к ручному труду по поиску подходящих компонентов в библиотеках, их правильному размещению в сборке пресс-формы, созданию соответствующих вырезов в плитах и так далее. Да к тому же библиотеки эти часто требуют пополнения компонентами, стандартизированными в данной отрасли или даже на данном предприятии. Задача же предприятия была не клепать пресс-формы вообще, задача была ограничена типовыми конструкциями изделий, и это давало реальный шанс добиться большего, нежели дают покупные компоновщики пресс-форм.

SWR инжиниринг

Рис. 8. Это надо выпускать, быстро и много

Детальная проработка ситуации инженером нашего департамента внедрения программных продуктов позволила не только достичь оптимального результата, но даже совсем отказаться от закупки специализированного модуля компоновки пресс-форм. Мы разработали методику решения всех задач полного цикла разработки и целевого изделия (собственно электроразъёма), и пресс-формы для отливки его корпуса. Причём весь цикл работ выполняется с использованием только базовых функциональных возможностей применяемой CAD-системы – плюс, разумеется, разработанная нами система библиотек конструктивных решений и стандартных компонентов, включающих все предлагаемые базовой CAD-системой средства автоматизации их применения, а также методика организации всего процесса проектирования с использованием этой библиотеки.

SWR инжиниринг

Рис. 9. Цикл разработки изделия и оснастки

SWR инжиниринг

Рис. 10. Выжимая из CAD-системы всё: встроенный конфигуратор компонентов и сборок

Разработка всей методики проектирования велась на примере из реальной номенклатуры предприятия и в постоянном тесном контакте с его, предприятия, конструкторами изделий и оснастки. Созданная методика была проверена представителями заказчика с участием и под постоянным надзором со стороны нашего специалиста – автора методики. Отшлифованный опыт был незамедлительно передан всем конструкторам изделий и оснастки. А чтобы никакие редко используемые нюансы не забылись и чтобы предприятие могло самостоятельно вводить в строй новые кадры, методика была изложена в виде подробнейших руководящих технических материалов.

SWR инжиниринг

Рис. 11. Руководящая документация на память

Пример № 4: программирование обработки на станках с ЧПУ

Предприятие «Т» в одноимённом городе выпускает довольно сложные высокоточные механизмы для любителей охоты, и требования к точности изготовления деталей этих механизмов удовлетворяются только применением высокоточных станков с ЧПУ. Станки, программисты и соответствующее ПО на предприятии есть, и они обеспечивают стабильную работу производства, но иногда бывают авралы… В один из таких авралов, когда внезапный заказ потребовал быстрого выпуска крупной партии довольно старого изделия, выпускавшегося в «до-ЧПУшную» эпоху, и срок выпуска традиционно обозначался как «вчера к обеду», предприятие (наш давний прекрасный клиент, разумеется) обратилось к нам с вопросом, не сможем ли мы быстро превратить гору бумажных (ещё бумажных!) чертежей и техпроцессов в 3D-модели и программы для станков. Разумеется, срочно. Разумеется, с учётом требований к точности исполнительных размеров (пресловутые допуски с как правило серединами их полей) и чистоте поверхности. И, конечно, с максимальной оптимизацией времени обработки в условиях имеющихся ограничений (станки – хорошие, новые; и инструмент – тот, что есть, ибо закупать или делать новый некогда).

SWR инжиниринг

Рис. 12. Это лишь часть привезённой нам технологической документации

Грех не помочь хорошим людям – мы выделили на выполнение заказа несколько технических специалистов, должностями от рядового инженера до заместителя директора. Проработка документации выявила, естественно, массу несогласованностей и между отдельными документами, и даже в пределах одного чертежа или техпроцесса. Это понятно и привычно: документацию выдали из архива, а по традиции «бумажного» проектирования единственный правильный экземпляр, правленый шариковой ручкой, лежит в цеху и покинуть его не может в принципе.

SWR инжиниринг

Рис. 13. Модель и обязательно контрольный чертёж

Далее – создание программ для станков, фактически с нуля. Повторять один в один техпроцесс, ориентированный на ручной труд, было бы глупостью, и наши технологи-программисты постарались выжать всё из своего опыта и из того, чему их учили в ВУЗах или они сами волей и неволей научились в многолетнем общении с нашими клиентами. В результате получились минималистские по времени исполнения программы изготовления каждой детали. Создав 3D-модели виртуальных станков, мы верифицировали эти программы, прогнав их от начала и до конца в режиме имитации работы станка.

SWR инжиниринг

Рис. 14. Текст каждой программы верифицирован

И вот основные итоги для предприятия. Очевидный и главный в сиюминутном разрезе – есть готовые программы, и получены они существенно быстрее, чем это было бы сделано руками имеющихся на заводе программистов. Крупный дополнительный эффект – быстро разработаны виртуальные модели станков предприятия (эта работа и так планировалась, но в рамках данного инжинирингового проекта в разы ускорилась). Небольшой дополнительный бонус – пополнение технологической библиотеки CAM-системы готовыми отработанными стратегиями обработки типовых деталей предприятия и инструментом, в том числе и специальным. Наконец, были дополнительно оптимизированы некоторые бизнес-процессы цикла таких работ – перевода задела из реализуемой ручным трудом бумаги в полностью цифровой вид.

Пример № 5: мечта всей жизни – большая красная кнопка

И, наконец, пример реализации мечты каждого инженера и особенно руководителя: реализация большой красной кнопки, однократное нажатие которой порождает полный комплект правильной документации на новое изделие, с автоматическим учётом задела и возможностей повторного применения ранее разработанных деталей и узлов. Реализовано нашими техническими службами на предприятии «А» в городе «П». Выпускает предприятие, в частности, напичканные электроникой стойки управления кораблями и судами, и стойки эти всегда имеют индивидуальную комплектацию.

SWR инжиниринг

Рис. 15. Таких стоек управления разной комплектации надо делать много

В основу такого инжинирингового проекта мы положили технологии проектирования на основе баз знаний (оригинальное англоязычное трёхбуквенное обозначение – KBE, от Knowledge Based Engineering). Суть метода – создать некий проект-прототип, оформить на него всю необходимую КД (в данном проекте пока ограничились разработкой только КД; подключение автомата создания ТД и программ для станков ещё впереди), добавить к нему описание правил создания вариантов изделия в целом и его компонентов и придумать простой человеческий интерфейс для ввода потребительских параметров, определяющих суть нового варианта стойки. В реальности потребовались анализ и систематизация большого объёма наработок предприятия в части структур и правил проектирования таких стоек управления, а также выявление всех типовых проектных процедур для максимальной их автоматизации.

Весь алгоритм проектирования воплотился в более чем две с половиной тысячи правил принятия решений, составленных совместно со специалистами предприятия, и все эти правила мы заложили в систему. Для потребителя – в данном случае простого конструктора предприятия, здесь не шла речь об организации интернет-магазина пультов управления кораблём (хотя и такие возможности в системе есть) – был разработан web-интерфейс, позволяющий человеку выбирать целевые параметры изделия, вообще не думая о размерах и конструктивном исполнении самой стойки: человек указывает, к примеру, что в этой стойке должен быть такой-то прибор на таком-то уровне от пола и с таким-то способом установки, и система сразу даёт конструктору визуальное представление о меняющейся комплектации стойки и оставшемся просторе для творчества, и так далее.

SWR инжиниринг

Рис. 16. Выбираем блоки для установки

По завершении выбора всей комплектации и необходимых параметров конструктор таки нажимает большую красную кнопку, и система самостоятельно выполняет всю работу по созданию комплекта КД на новое изделие. Создаются все необходимые модели и чертежи, причём даже чертежи практически не требуют доработки, ибо система позволяет настроить даже правила размещения на листах чертежа всех необходимых размеров и примечаний.

SWR инжиниринг

Рис. 17. Все модели будут созданы автоматом

SWR инжиниринг

Рис. 18.

При этом система сама заботится о том, чтобы максимально применять ранее разработанные компоненты. Так, создавая каждую модель детали, система автоматически присваивает ей уникальный код, полностью отражающий конфигурацию и геометрию этой детали, и если в процессе создания новой модели предварительные вычисления (выполняемые мгновенно) покажут, что код новой ещё не созданной детали уже есть в базе данных системы, то будет найдена и применена ранее спроектированная деталь, вообще без затрат времени на генерацию «новой» геометрии.

SWR инжиниринг

Рис. 19. Каждая деталь имеет свой уникальный код, описывающий её геометрию

Главный итог для предприятия – создание полного комплекта моделей и КД на новую стойку управления занимает примерно два часа. Это примерно восемьсот ДСЕ, то есть, за вычетом крепежа и с учётом повторного применения комплектующих, порядка 150-200 новых моделей и столько же чертежей. Сколько времени ваши конструкторы будут выполнять подобный объём работы без применения такой автоматизации – решайте сами, но мы уверены, что счёт пойдёт на недели, даже не на дни. Опять же, степень повторного использования наработок и корректность такого использования – максимальны, ибо отвечает за них не человек, который может что-то прозевать, а не знающий усталости и сомнений автомат. А избавление человека от рутинных процедур для решения творческих задач – бесценно.

Также смотрите другие примеры инжиниринга

Ну и традиционно в заключение маленькие жалобы на недостаток места для всей той радости от достигнутых успехов. Разумеется, есть и другие проекты, в области проектирования изделий и оснастки, в области автоматического создания весьма специфичной технологической документации, в области управления данными на базе PDM-системы, есть даже разработка механизма полностью автоматического создания программ обработки деталей корпусной мебели вообще без использования CAM-систем и проект полного оснащения информационной инфраструктурой нового строящегося предприятия от КБ до систем управления производством и мониторинга оборудования. У нас богатый и успешный опыт работы с предприятиями разных отраслей промышленности, и мы с радостью поделимся им с вами.

Автор: Михаил Малов
Источник: http://isicad.ru/

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!