Максим Гущин, Лариса Кузнецова, Андрей Олейник, Павел Погосян, Михаил Ставровский, Группа СТАН; Анатолий Николаев, кафедра «Математическое моделирование технических систем» Ульяновского государственного университета
Анализ тенденций развития современного машиностроительного производства свидетельствует о неуклонном росте в составе технологических переделов доли аппаратно-программных комплексов, интегрированных в производственные системы, управляемые от сервера предприятия и связанные с информационными подсистемами верхнего уровня, сопряженными с основным и вспомогательным технологическим оборудованием.
Эти процессы модернизации производства требуют значительных ресурсов, причем не только финансовых. В отечественном станкостроении они идут в очень непростых условиях: при весьма скудной государственной адресной поддержке станкозаводов и вопреки общей деградации научнообразовательного комплекса станкостроения. Понятно, что при таких стартовых условиях конкуренция с ведущими мировыми производителями станкоинструментальной продукции значительно затруднена.
Современные требования к производству станочного оборудования, к качеству и срокам его изготовления, требуют новых подходов к реформированию технологической среды и управлению предприятием [1].
Концепция автоматизации производства, реализуемая в условиях необходимости оперативного реагирования на изменение требований рынка, должна базироваться на применении процессного подхода, ориентированного на повышение качества и сокращение срока выпуска продукции, в нашем случае - производства нового станочного оборудования, - с минимальными затратами всех видов ресурсов.
Эти подходы основаны на организации производственной деятельности в условиях единого информационного пространства, инструментами создания которого является комплексное внедрение компьютерных технологийна следующих этапах, интегрированных в рамках концепции цифрового производства:
• управление производственными процессами;
• управление материально-техническим обеспечением производства;
• проектирование и управление процессом проектирования;
• технологическая подготовка производства и управлениепроцессом технологической подготовки производства;
• управление изготовлением изделия;
• логистическое сопровождение изделия.
При создании единого информационного пространства (ЕИП), построенного на принципах интеграции разнородного программного обеспечения, перед специалистами в области информационных технологий встаёт целый ряд проблем, связанных с изменением подходов к организации производственных процессов, поскольку необходимо автоматизировать не отдельные участки и/или процессы производства, а поэтапно реализовывать концепцию автоматизации производства в целом.
Деятельность всех подразделений предприятия представляет собой множество взаимообусловленных и взаимосвязанных процессов, каждый из которых должен предусматривать достижение заданной цели, решения поставленной задачи с определенными значениями параметров процесса. Это, казалось бы, очевидное утверждение достаточно сложно реализовать на практике.Основная «теоретическая» трудность состоит в отсутствии навыковдекомпозиции целей и формализации ценности изделия – для конечного потребителя, на каждом этапе его создания.
Практические же трудности начинаются с момента осознания высшим руководством необходимости достаточно серьезных материальных вложений в создание единой информационной среды. Предстоит приобретение лицензионного программного обеспечения, средств вычислительной техники, периферийного и сетевого оборудования, а также изыскание финансовых и временных ресурсов на повышение квалификации кадров.
Размер таких вложений может быть определен на основании предварительного обследования предприятия как внешними независимыми экспертами и/или фирмами, так и представителями внутренних IT-подразделений. Причем выбор экспертов может оказать значительное влияние как на состав и количество программно-аппаратных комплексов, принципы формирования единой информационной и трансформируемой конструкторско-технологической среды так и на стратегию развития предприятия в целом. Следует учесть, что если в качестве экспертов, обследующих предприятие, выступают фирмы-продавцы специализированного программного обеспечения (СПО), то, естественно, будут рекомендованы программные продукты этой фирмы и число лицензий будет максимально возможным или даже избыточным. Кроме того, такие эксперты, ориентированные на продажу своих программных продуктов и комплексных решений, основанных на их использовании, как правило, не могут предложить выбор наиболее подходящего СПО с учетом опыта его использования в других отраслях.
Если в качестве экспертов выступают сотрудники внутренних IT-подразделений, то и здесь ситуация может быть весьма неоднозначной. В настоящее время в таких подразделениях обычно работают специалисты в области информационных систем, специализирующиеся на конфигурировании компьютерной техники, администрировании локальных сетей и т.п. Однако наличие у таких сотрудников знаний в области компьютерного проектирования и автоматизированной подготовки производства высокотехнологичных технических систем, к которым относится прогрессивное станочное оборудование, - большая редкость. Именно поэтому рекомендации этих специалистов могут быть весьма субъективными, отражающими в первую очередь потребности в компьютерной технике руководящего состава предприятия.
В этой связи оптимальным является наличие на предприятии специализированного подразделения, в котором объединены сотрудники, обладающие знаниями, компетенциями и навыками работы как в области техники и технологий проектирования и производства высокотехнологичных технических систем, так и в области финансово-экономического сопровождения производственных процессов, т.е. информационного, организационно-технического и технологического сопровождения процесса создания и эксплуатации изделия на всех стадиях его жизненного цикла. Только глубокое знание особенностей конструкторско-технологической среды предприятия, методологии построения компьютеризированных производств, требований рынка, а также специализированного программного обеспечения может быть основой для целесообразного выбора СПО, соответствующего уровню сложности выпускаемых изделий и организационно-технической структуре предприятия.
То есть речь идет о первом шаге создания единого информационного пространства - выборе СПО из широкого набора предложений на рынке CAD/CAM/CAE/PDM/PLM/MES/ERP систем.
Чтобы представить себе сложность и неоднозначность выбора, рассмотрим основные функциональные возможности этих систем.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ CAD/CAM/CAE-СИСТЕМ
Термин (Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing) означает компьютерное сопровождение проектирования/компьютерное сопровождение изготовления изделий.
Компьютерное сопровождение проектирования - это разработка конструкторского проекта изделия на основе геометрического моделирования деталей и сборочных единиц, с последующим автоматизированным формированием комплекта чертежно-конструкторской документации.
Обычно CAD/CAM модули объединены в рамках одной системы, чтобы избежать потери данных при переходе от одной математической модели к другой. В настоящее время проектирование в CAD-модуле выполняется на основе трехмерных моделей (3D-моделирование), из которых легко получить «плоские» - 2D модели, то есть деталировочные и сборочные чертежи со всевозможными «образмеренными» видами, разрезами и сечениями, а также различные виды спецификаций.
Под компьютерным сопровождением изготовления изделий (CAM-модуль) традиционно понимается автоматизированная разработка управляющих программ для станков с ЧПУ на основе созданной в CAD-модуле 3D-модели.
В настоящее время фирмы-разработчики СПО предлагают CAD/CAM-системы, отличающиеся по функциональным возможностями мощности (уровень сложности системы), что существенно влияет на процесс освоения системы пользователем и ее стоимость. В существующей классификации CAD/CAM систем можно условно выделить 3 уровня:
• К системам высокого уровня, - «тяжелым», относятся CAD/CAM-системы, обеспечивающие проектирование и изготовление изделий на наиболее высоком уровне (high-end). Эти 3D-системы предназначены для работы конструкторско-технологических подразделений в условиях параллельного проектирования, т.е. работы на корпоративном уровне, ориентированы на связанные процессы, имеют комплекс модулей, обеспечивающих решение разнородных по физической природе инженерных задач, (включаяCAE– модули) и использование базы знаний. Представителями таких систем являются в первую очередь CATIA v.5и v.6, Unigraphics – NX 10 и Pro/Engineer - PTC Creo. Системы этого уровня связаны воедино с «родными» системами ведения проектов (PDM-системами) и системами сопровождения жизненного цикла (PLM-системами). Сюда же можно отнести и систему SolidWorks, имеющую CAD/CAM/CAE модули, а также PDM-систему, связанную с некоторыми модулями системы управления предприятием - 1С:УПП.
• К системам среднего уровня относятся 3D-системы, которые не претендуют на охват всех проектных и технологических задач, но имеют достаточно развитую функциональность, ориентированную на разработку технической документации. К числу этих систем с более развитой конструкторской частью следует отнести Cimаtron- Cimatron E11,Inventor и т.п.; а с более развитой технологической частью, ориентированной на условия работы российских предприятий - T-Flex. Эти системы проще в освоении и использовании иуровень сложности моделей данных (3D-моделей) ниже,по сравнению с моделями, реализуемыми в системах высшего уровня.
• К системам низшего уровня, - «легким системам», относятся системы для автоматизации чертежных работ: 2D, 2,5D или 3D-системы,значительно ограниченные по сложности создаваемых моделей, по числу деталей в сборочной единице или изделии, по удобству работы с системой. У таких систем отсутствует CAM-модуль, и тем более CAE-модуль. Но системы этого класса достаточно дешевы и поэтому имеют в настоящее время широкое распространение на промышленных предприятиях разных отраслей.К системам этого класса относятся AutoCad, Компас и т.п.
Системы инженерного анализа - CAE-системы (Computer-Aided Engineering) предназначены для моделирования физических процессов, происходящих в проектируемом изделии или его части – например, при статических и динамических механических нагрузках, при ударах, различных температурных воздействиях; возможен анализ шумовых характеристик конструкции, анализ освещенности и многое другое.
Математической основой инженерных исследований являются численные методы граничных элементов, конечных разностей, нелинейного конечноэлементного анализа (FEA – Finite Element Analysis). В результате исследований оптимизируется конструкция изделия, уточняются физико-механические характеристики, что позволяет повысить эксплуатационные характеристики и рабочий ресурс изделия.
Исследоваться могут и технологические процессы – например, процесс горячей объемной и листовой штамповки, гибки, прокатки, литья, в том числе из металлических и неметаллических материалов, оптимизация параметров которых приводит к улучшению качества и повышению долговечности изготавливаемого изделия. Кроме того, значительно уменьшаются затраты на изготовление и доводку опытных образцов, следовательно, происходит сокращение сроков вывода на рынок новых изделий. К числу наиболее распространенных инженерных исследовательских средотносятся интегрированные комплексы ADAMS (MDI), I_DFACNASTER Series (SDRC – Structural Dynamics Research Corporation),специализированные пакеты: CAE/MSC – MacNeal-Shcwonder Corporation, MDI – Mechanical Dynamic Inc., MSC – MSE/Nastran, MSC/AKIES и MSE/PATRAN. и др.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ PDM - СИСТЕМ (PRODUCT DATA MANAGEMENT – УПРАВЛЕНИЕ ДАННЫМИ ОБ ИЗДЕЛИИ)
Все процессы компьютерного моделирования технических объектов, выполненные в CAD/CAM/CAE-системах, могут отслеживаться и управляться PDM-системой, поскольку они изначально формализованы. 3D-модели и конструкторско-технологическая документация, созданные в этих системах, являются исходной информацией для формализации организационно-технических производственных процессов, что позволяет обеспечить интеграцию, преемственность и совместное использование информации, порождаемой на всех этапах жизненного цикла изделия, т.е. организовать работу предприятия в условиях единого информационного пространства.
Современные PDM – системы состоят из следующих основных модулей:
• Управление документами;
• Управление данными об изделии;
• Управление изменениями и версиями;
• Управление конфигурацией изделия;
• Управление потоками работ;
• Импорт и экспорт данных;
• Запросы и отчеты;
• Администрирование;
• Управление правами доступа;
• Встроенные средства просмотра (Viewer).
Управление документами – получение, просмотр и копирование документов из различных источников; хранение, внесение изменений, эффективный расширенный поиск, создание иерархических связей между документами, группирование в папки и т.п.
Управление данными об изделии - хранение и обработка данных о составе изделия, его структуре и вариантах конфигурации; геометрических моделей и чертежей, хранящихся в различных форматах; технических характеристик изделия и др. информации в электронном хранилище данных (Data Vault). Поиск деталей в составах различных изделий, накопление и повторное использование конструкторско-технологической информации – формирование базы знаний.
Управление изменениями и версиями. Управление внесением изменений в конструкцию изделий и их компонентов и управление версиями. Просмотр «генеалогии» (дерева) изменений. Реализация контроля над версиями изделий и их компонентов. Обеспечение управления проектами по внесению изменений.
Управление конфигурацией изделия- по дате и версии, применение альтернативных компонентов (деталей) изделий, идентификация и отслеживание изделия, многовидовые спецификации.
Управление потоками работ–формализованное визуальное представление конструкторско-технологических бизнес-процессов (потоков работ), электронное согласование конструкторской документации и внесение изменений в проект. Наличие базы экспертных знаний шаблонов процедур (создания изделия, внесения изменений и пр.). Упорядочивание связей исполнителей, информации о конкретных документах, деталях, сборочных единицах, изделиях и процессах. Формирование списка заданий исполнителям с указанием приоритета выполнения работ и рассылка оповещений о различных событиях, утверждение работ; возможность возврата и повторного выполнения предыдущих работ; контроль выполнения процессов жизненного цикла изделия и т.д.
Импорт и экспорт данных. Возможность получения данных об изделии из разных источников и импортирование их в систему PDM. Экспорт данных (структуры изделия, документов, ссылочных документов и папок) в требуемом формате одному или нескольким бизнес-партнерам.
Запросы и отчеты - для выборки данных из электронного хранилища: контекстный поиск и поиск по атрибутам, различные сортировки данных; сохранение результатов запроса для дальнейшего использования. Отчеты: итоговые, структурированные и т.п., генерация отчетов по форме и составу, необходимому предприятию.
Администрирование - контроль иерархических связей между объектами, устаревших и совпадающих объектов, ревизии. Настройка системы с учетом требований предприятия, включая: создание, модификацию и удаление шаблонов объектов; создание и настройку проектов; назначение пользователей и групп пользователей; разграничения прав доступа к информации; управление местом хранения информационных объектов в общекорпоративном электронном архиве и т.д. Управление классификаторами типовых компонентов изделия и документов.
Управление правами доступа – организация доступа пользователей к данным в соответствии с их правами и функциями.
Встроенные средства просмотра (Viewer) документов, моделей и чертежей деталей и пр. различных форматов, а также возможность использования внешних приложений для визуализации данных. К числу наиболее известных представителей данного класса систем относятся: TeamCenter, SmartTeam и др.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ PLM - СИСТЕМ
PLM (Product Lifecycle Management – управление жизненным циклом изделия) – комплексная система, функционирующая на основе интегрированной информационной модели всех этапов жизненного цикла продукта.
PLM решения предназначены для обмена информацией между CAD/CAM/CAE и PDM-системами, системами планирования ресурсов предприятия (ERP), управления поставками (SCM) и управления взаимоотношениями с заказчиками (CRM). В такой интегрированной среде функции PLM - системы следующие:
• Возможность управления параметрами компонентов электронного макета изделия, как геометрическими, так и внешними (несущими функциональную нагрузку, например, сила, тип сечения, материал);
• Накопление знаний, получаемых в процессе проекта, их систематизация и управление в ходе повторного применения;
• Возможность создания электронного макета изделия на базе библиотек поведенческих шаблонов. Наличие средств создания приложений для генерации изделия на базе библиотек поведенческих шаблонов и поддержка их системой PDM;
• Расширяемость системы за счет интегрированных решений, закрывающих такие области, как специфические виды прочностного анализа, освещенности, газовой динамики, виртуального производства, статических испытаний, акустики и т.д.;
• Возможность применения электронного макета для моделирования разнообразных процессов жизненного цикла - изготовление, эксплуатация, модернизация и т.п.;
• Ведение цифрового макета, включая ведение состава изделия, управление изменениями, управление документами и др.;
• Параллельный инжиниринг;
• Совместная работа различных функциональных пользователей;
• Совместная работа в среде расширенного предприятия;
• Накопление и управление знаниями;
• Возможности экспорта/импорта данных в частности, для создания интерактивных руководств по ремонту и эксплуатации изделия.
К числу наиболее известных представителей данного класса систем относятся: Enovia, Windchill, Siemens PLM Software и др.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ MES - СИСТЕМ
MES (Manufacturing Execution System - система управления производственными процессами) — СПО, предназначенное для решения задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках производства.
MES-системы относятся к классу систем управления на уровне цехов, но могут использоваться и для управления производством на предприятии в целом. Основными функциями MES – систем являются:
• контроль состояния и управление ресурсами: технологическим оборудованием, материалами, персоналом, обучением персонала, а также другими объектами, такими как документы, которые должны быть в наличии для начала производственной деятельности;
• оперативное детальное планирование. Обеспечивает упорядочение производственных заданий, основанное на очередности, атрибутах, характеристиках, связанных со спецификой изделий;
• диспетчеризация производства - управление потоком единиц продукции в виде заданий, заказов, серий, партий и заказ-нарядов;
• управление документами - контроль содержания и прохождения документов, которые должны сопровождать выпускаемое изделие;
• сбор и хранение данных - взаимодействие информационных подсистем в целях получения, накопления и передачи технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия;
• управление персоналом - получение информации о состоянии персонала и управление им в требуемом масштабе времени. Возможно взаимодействие с функцией распределения ресурсов, для формирования оптимальных заданий;
• управление качеством - анализ в реальном времени измеряемых показателей, полученных от производства, для гарантированно правильного управления качеством продукции и определения проблем, требующих вмешательства обслуживающего персонала;
• управление производственными процессами - отслеживание производственных процессов с автоматической корректировкой, или поддержкой принятия решений оператором для выполнения корректирующих действий;
• управление техобслуживанием и ремонтом обеспечивает планирование периодического и предупредительного ремонтов, ремонта по состоянию. Накапливает и хранит историю произошедших событий (отказы, уменьшение производительности и др.);
• возможность получения информации о состоянии и местоположении заказа в каждый момент времени;
• анализ производительности - формирование отчетов о фактических результатах производственной деятельности, сравнение их с историческими данными и ожидаемым коммерческим результатом.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ERP – СИСТЕМ (ENTERPRISE RESOURCE PLANNING – ПЛАНИРОВАНИЕ КОРПОРАТИВНЫХ РЕСУРСОВ)
ERP–система - это комплекспрограммных продуктов (модулей), автоматизирующих основные и вспомогательные процессы предприятия. К основным процессам обычно относят закупки, сбыт и производство. В число вспомогательных процессов могут входить управление качеством, техническое обслуживание и ремонт оборудования, сервисное обслуживание, управление складами и др.
В зависимости от количества модулей и объемов обрабатываемой информации ERP–системы разделяют на системы высокого и низкого уровня. В состав ERP–системы высокого уровня может входить до 24 стандартных модулей. Это, например, SAP ERP.
К системам низкого уровня можно отнести 1С: ERP.
Основные функции ERP–систем:
• управление производством – управление по межцеховым переходам и на операционном уровне, маршрутные листы, управление партиями запуска, групповые и персональные задания на работу, оперативная диспетчеризация, управление по "узким местам", управление загрузкой, планирование до кванта времени, готовность работы с неточными нормативами;
• подсистема учета затрат и расчета себестоимости – детализация до объема исходных затрат;
• подсистема управления финансами – учет в разрезе направлений деятельности, этапы согласования заявок, гибкие правила распределения, эквайринговые операции;
• бюджетирование – табличная модель бюджетирования, версионирование, расчет плановых показателей, расшифровка данных;
• подсистема управления персоналом и расчета заработной платы – ведение штатного расписания, расчет зарплаты по данным выработки сотрудников, гибкие возможности отражения зарплаты в финансовом и регламентированном учете;
• техническое обслуживание и ремонт оборудования – учет объектов ремонта, регистрация наработки, учет текущих и внеплановых ремонтов, интеграция с производственной подсистемой – графики доступности оборудования;
• автоматизация торгово-складской деятельности предприятия -управление эффективностью процессов продаж и сделок с клиентом,настраиваемые возможности автоматического ценообразования,использование регламентированных процессов продаж, расширенное управление заказами клиентов, управление торговыми представителями, мониторинг состояния процессов продаж, обособленный учет по заказам – резервирование потребностей, мобильные рабочие места работников складов, учет многооборотной тары, статистический анализ запасов, управление доставкой и товарный календарь;
• регламентированный учет - настройка правил отражения хозяйственных операций для групп финансового учета, учет фактов хозяйственной деятельности отложенным проведением с контролем актуальности отражения, оперативный контроль формирования проводок для произвольного документа, расчеты с обособленными подразделениями организации, автоматическая поддержка учета «сложного» НДС без дополнительных настроек, расшифровки декларации по налогу на прибыль и регламентированной отчетности.
Таким образом, ERP-система должна быть источником полной, актуальной и достоверной информации обо всех экономических аспектах деятельности предприятия, на основании которой возможна оптимизация затрат и доходов предприятия за счет своевременного и обоснованного принятия решений на всех уровнях управления. [2]
Мероприятия, необходимые при создании ЕИП. Даже весьма общие описания функциональных возможностей систем, приведенные выше, дают представление о трудностях их выбора их сочетания для необходимого и достаточного обеспечения производственных процессов в условиях работы в едином информационном пространстве.
Чтобы не ошибиться в выборе и не тратить слишком много времени на этот первый шаг, предлагается предварительно выполнить следующие мероприятия [3,4]:
• Обследование, моделирование и анализ деятельности подразделений предприятия для определения потребностей в СПО, включая:
- Описание информационных потоков и компьютерного обеспечения подразделений предприятия «как есть»;
- Анализ информационных потоков в структуре предприятия;
- Выявление, описание и согласование бизнес-процессов с определением ролей и прав доступа всех участников процесса;
- Моделирование бизнес-процессов «как должно быть»для работы в условиях ЕИП;
- Разработка предложений по реинжинирингу бизнес-процессов;
- Оптимизация существующих бизнес-процессов;
- Разработка Концепции информатизации предприятия;
• Анализ CAD/CAM/CAE/PDM/MES/ERP –систем с точки зрения:
- необходимости и достаточности их функциональности (определение достаточного уровня сложности систем);
- возможности прямой передачи данных в PDM-систему;
- определение уровня сложности и модульного состава MES/ERP-системы;
- возможности прямой передачи данных из PDM-системы в MES/ERP-системы;
- соотношения цена/функциональность систем;
- возможности и сроков освоения систем профильными специалистами.
• Разработка бизнес-плана информатизации предприятия;
• Обучение сотрудников работе в условиях ЕИП и привлечение новых специалистов;
• Внедрение организационных новаций [5]:
- разработка нормативной документации, регламентирующей работу подразделений предприятия в условиях ЕИП;
- переход на оригиналы конструкторско-технологической документации в электронном представлении;
- организация параллельного проектирования;
- организация получения данных всеми службами предприятия из единой базы данных PDM/MES/ERP-систем;
- внедрение системы менеджмента качества (СМК) по прописанным и утвержденным производственным процессам.
Литература
1. Олейник А.В. Интеллектуальное сопровождение CALS-технологий/Качество, инновации, образование». - 2003. - №2. С.54-58.
2. А.Н. Тихонов, Ю.В. Полянсков, Л.В. Кузнецова, А.К. Скуратов,А.В. Николаев, А.С. Кондратьева, О.И. Максимова, И.С. Рутковский, А.Е. Глухов, М.А. Черников./ Особенности внедрения ИПИ-технологий на предприятиях России/Монография/.– Ульяновск: УлГУ, 2006. –224с.
3. Николаев А.В., Кузнецова Л.В., Максимова О.И., Глухов А.Е./Способы оптимизации бизнес-процессов для автоматизации управления компанией./Известия высших учебных заведений Поволжский регион. Технические науки. №3, 2008г. Раздел Информатика. Вычислительная техника и управление. г. Пенза. ПГУ, 73-81с.
4. Олейник А.В., Кузнецов Л.Ю., Кузнецова Л.В., Николаев А.В., Левкина О.Ю./ Методика моделирования организационно-технологических процессов для внедрения ERP-систем на примере литейного производства авиастроительного предприятия. / Журнал «Технология машиностроения» ISSN 1562-322Х, № 12, 2010, с. 54-58
5. Волкова Г.Д., Новоселова О.В. Исследование контуров управления машиностроительного предприятия / М.: Издательский центр «Технология машиностроения».– 2010 г. –№3.– с.62-66.
Оригинал: Умное производство • №1(29) Март 2015
