автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Информационная система трансформаторного производства на основе интеграции процессов проектирования, подготовки производства и управления

На правах рукописи

РОЖКОВА Ольга Николаевна

УДК 004.031.4

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ТРАНСФОРМАТОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЦИИ ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА И УПРАВЛЕНИЯ

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по техническим наукам)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2004

Работа выполнена на кафедре автоматизированных систем управления Уральского государственного технического университета и в инженерном центре компании «Энергомаш» в г. Екатеринбурге.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Доросинский Л.Г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Суханов В.И.

кандидат технических наук, Колмогоров Г. С.

Ведущая организация: ОАО «Уралэлектротяжмаш», г. Екатеринбург.

Защита состоится_2004 г. в аудитории Р-217 в 15 час. 00 мин. на

заседании диссертационного совета D 212.285.11 при Уральском государственном техническом университете.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 620002, Екатеринбург, Мира, 19, УГТУ, учёному секретарю.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке

УГТУ.

Автореферат разослан "25" мая 2004 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета D 212.285.11 кандидат технических наук, доцент

В.Г.Важенин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Успешно развиваются и выигрывают в конкурентной борьбе сегодня только те предприятия, которые применяют в своей деятельности современные информационные технологии (ИТ). Развитие и эффективное использование информационных ресурсов и новых ИТ является весьма актуальной проблемой.

На многих отечественных предприятиях на сегодняшний день преобладают устаревшие подходы к организации производства, не позволяющие с системных позиций рассматривать взаимосвязь и влияние этапов конструк-торско-технологического проектирования, материального и календарного планирования и непосредственно самого производства на сроки разработки продукции, ее себестоимость и качество. На предприятиях существуют: многочисленные АСУ, роль которых сводится к простейшим функциям (учетным, отчетным и др); конструкторские САПР, заменившие кульман на экран дисплея; технологические САПР, облегчающие подготовку технологической документации и т.д. Все эти средства создавались в различное время, на различных вычислительных платформах, в различных языковых средах, и, как правило, несовместимы между собой, что предопределяет их автономное использование.

Эффект от внедрения новых технологий в традиционной технологической среде предприятия сравнительно невелик. Существенный выигрыш может дать только создание в рамках предприятия единого информационного пространства (ЕИП) или интегрированной информационной системы (ИИС), охватывающей все этапы жизненного цикла (ЖЦ) выпускаемой этим предприятием продукции. Идея ИИС и информационной интеграции стадий ЖЦ стала базовой при выработке подхода CALS (Continuous Acquisition and Life

cycle Support), служащего для непрерывного сопровождения и информационной

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

оГь х^бр =>L

поддержки всех этапов жизненного цикла изделий..

В единой информационной системе промышленного предприятия информационная база, создаваемая на этапе конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП), служит, помимо обеспечения конструкторской деятельности, исходной основой для функционирования технологической подготовки производства, планирования и оперативного управления производством. Поэтому построение эффективной системы автоматизации КТПП в едином информационном поле промышленного предприятия является одной из первоочередных и наиболее актуальных задач.

При адаптации зарубежных комплексных автоматизированных систем к действующей системе управления на российских предприятиях зачастую возникают проблемы, решение которых требует материальных затрат, значительно превышающих первоначальную стоимость этих программных средств.

На отечественном рынке программных продуктов в последнее время появились программные системы, разработанные в соответствии с CALS-концепцией, но внедрение этих продуктов сдерживает отсутствие конкретных методик и технологий для реализации комплексного подхода к автоматизации, программ внедрения и внедренческого сервиса.

Цели и задачи работы заключаются в исследовании, разработке и практической реализации методологии, методов и алгоритмов комплексной автоматизации этапов проектирования, конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) и управления и создание на их базе интегрированной информационной системы трансформаторного производства (ИС ТП) по разработке и производству силовых и преобразовательных трансформаторов.

Решаемые в диссертации задачи:

1. Анализ существующих процессов КТПП, материально-технического обеспечения и управления производством для оценки источников, объемов и

форм представления в ИИС с целью конкретизации состава прикладных задач и структуры данных.

2. Разработка функциональных моделей (ФМ) «Как есть» и «Как должно быть» перечисленных процессов, отражающих их совершенствование на основе применения ИИС и CALS-технологий. Формулирование рекомендаций по оптимизации процессов КТПП и по структурной реорганизации конструкторско-технологических подразделений с целью существенного сокращения сроков КТПП.

3. Создание на основе общей базы данных предприятия интегрированной САПР силовых и преобразовательных трансформаторов, состоящей из четырех взаимосвязанных частей:

расчетное проектирование (САПР-Р), конструкторское проектирование (САПР-К), проектирование техпроцессов (САПР-Т),

технологическая подготовка производства и расчетно-аналитическая технологическая информация (АСТПП).

4. Отработка информационного взаимодействия интегрированной САПР с действующей на ОАО «Уралэлектротяжмаш» автоматизированной системой управления производством АСУП.

5. Создание ИС ТП со сквозным циклом: конструирование - технологическая подготовка производства - материально-техническое снабжение — планирование и производство.

Методы исследований включают общую теорию систем, теорию баз данных, теорию принятия решений, системный анализ, теорию систем автоматизированного проектирования, математические методы, методы объектно-ориентированного анализа и проектирования программных систем.

Интеграция автоматизированных систем выполнена в соответствии с требованиями CALS-концепции, утвержденной Министерством промышлен-

ности, науки и технологий Российской Федерации. Научная новизна

1. Разработана методология создания единой информационной среды для проектирования и производства силовых и преобразовательных трансформаторов, отличающаяся от имеющихся учетом интеграционных решений для систем проектирования, подготовки производства и управления.

2. Разработана оригинальная методика расчетно-аналитического получения технологической информации, отличающаяся рациональной организацией взаимодействия конструкторов и технологов на основе единого методического, организационного и информационного обеспечений. В методике оптимизированы технологии процессов ТПП и автоматизированы следующие процедуры:

- получения расцеховок на базе предопределенных маршрутов;

- автоматизированного выбора и расчета покрытий деталей и узлов;

- расчета размеров заготовок деталей и их норм расхода на основе передаваемых из CAD-системы габаритных размеров деталей и данных базы знаний о технологических припусках;

- получения перечня и расчета расхода вспомогательных материалов.

3. Предложены новые математические модели, на основе которых произведен расчет параметров силовых и преобразовательных трансформаторов в рамках расширения матрично-топологической теории.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Методология создания единой информационной среды для проектирования и производства силовых и преобразовательных трансформаторов на основе интеграции систем проектирования, подготовки производства и управления.

2. Методика расчетно-аналитического получения технологической информации и комплекс алгоритмов и программ автоматизации технологической

подготовки производства

3. Математические модели трансформаторов на основе теории расширенных топологических матриц.

Практическая значимость

Разработанная информационная система ИС ТП внедрена в трансформаторном производстве ОАО «Уралэлектротяжмаш».

Разработанные методология, методы и алгоритмы комплексной автоматизации могут быть использованы разработчиками информационных систем крупных электро- и машиностроительных предприятий с многономеклатур-ным наукоемким производством для существенного сокращения сроков подготовки производства и повышения конкурентоспособности изделий.

Разработанная в работе методология создания единой информационной среды для проектирования и производства используется на ОАО «Урал-трансмаш», ОАО «Пневмостроймашина» (г.Екатеринбург), ОАО «Белэнерго-маш» (г.Белгород).

Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 15 семинарах и научно-технических конференциях по энергетике и электротехнике, трансформаторостроению, автоматизированному проектированию и компьютерным технологиям.

Публикации Содержание работы отражено в 15 печатных работах.

Структура и объём работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и шестнадцати приложений. Объём работы составляет 252 страницы сквозной нумерации, в том числе 195 страниц основного текста и 52 страницы приложений, список литературы из 71 наименования на 6 страницах, 117 рисунков (из них 58 в прил.), 29 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее акту-

альность, формулируются цели и задачи исследования.

В первой главе исследуется проблема автоматизации систем инженерных расчетов и инженерного анализа в электротехнической промышленности. Проведен анализ существующих систем инженерных расчетов, обеспечивающих взаимосвязь расчетной, конструкторской и технологической подсистем.

Проведен обзор рынка и анализ возможностей CAD/САМ систем по алгоритму выбора с выделением ряда важных свойств системы. Предложен комплексный подход к автоматизации процесса проектирования в целом: не только средств разработки комплекта чертежей, а также средств для выпуска спецификаций; утверждения комплекта конструкторской документации (КД) в различных службах; преобразования конструкторско-технологической информации в систему АСУП и сдачи КД в архив.

Сформулированы преимущества,1 предоставляемые при разработке изделий в современных пакетах объемного твердотельного проектирования: возможность концептуальной проработки изделия и обеспечения сквозного процесса его проектирования.

Рассмотрены возможности программных систем для комплексной автоматизации технической подготовки производства российской компании Соп-sistentSoftware - системы «Technologies», белорусских компаний OmegaSoftware - системы «Omega Production» и НПП «Интермех» - программного комплекса, состоящего из систем Search, Cadmech, AVS, ImBase. Проанализированы возможности и причины трудностей внедрения системы класса ERP - SAR R/3 на российских предприятиях.

В результате показано, что важным является выбор не столько конкретных систем проектирования, подготовки производства и управления, сколько возможность их интеграции друг с другом для обеспечения комплексной автоматизации технической подготовки производства. В настоящее время на

отечественных предприятиях практически отсутствуют полностью интегрированные в единое информационное пространство САЕ /CAD/CAM/PDM/ERP-системы.

Приведена постановка задачи на создание интегрированной ИС ТП, в которой сформулированы основные положения системы и этапы ее внедрения.

Во второй главе рассмотрены методологические и теоретические проблемы комплексной автоматизации предприятия. Подробно изложена проблематика CALS-технологии, которая служит средством, интегрирующим промышленные автоматизированные системы в единую многофункциональную систему с целью повышение эффективности создания и использования сложной техники.

С позиций системного анализа рассмотрены вопросы выбора и разработки всех видов обеспечения САПР и АСУ и, прежде всего, компонентов методического, математического, программного, информационного и лингвистического обеспечении.

Исследованы синтаксический и семантический аспекты интеграции программного обеспечения (ПО). Подробно рассмотрен метод совмещенного проектирования, под которым понимается вариант системного подхода к созданию продукции с одновременным проектированием продукта и процессов его изготовления.

Обзор литературы по вопросу комплексной автоматизации крупных машиностроительных предприятий показал, что имеющиеся работы носят либо теоретический характер, либо узко направленный характер на проблему конкретного предприятия.

В работе предложено решение проблемы комплексной автоматизации крупного машиностроительного предприятия в целом, с позиции «большой системы».

В третьей главе рассмотрено организационное и методическое обеспечение системы ИС ТП. Подробно освещены стратегии построения информационных систем и основные организационные мероприятия по внедрению ИС ТП. Показано, что важным этапом внедрения изменений является разработка и оформление комплекта взаимоувязанных организационных и нормативных документов, официально фиксирующих административное подчинение субъектов управления, их функциональное взаимодействие, регламентирующих

стандарты деятельности предприятия.

Рисунок 1— Схема процесса «Согласования КД» -«Как должно быть» Проведен системный анализ бизнес-процессов технологической подготовки производства с помощью методологии ГОЕР0. Подробно рассмотрен процесс «Прохождения и согласования конструкторско-технологической документации (КТД) и ее преобразования в АСУП». Разработаны функциональные модели (ФМ) процесса «Как есть», проведена его оптимизация с получением альтернативных схем «Как должно быть» (рисунок 1).

Показано, что наибольшая нерациональная потеря рабочего времени происходит не при разработке КТД, а на стадиях их проверки, отработки технологичности конструкции, нормоконтроля, утверждения, поиска нормативно-справочной информации, всякого рода согласований, сопровождения КД у технологов, на производстве, испытаниях, при сдаче изделия заказчику и т.п. Нерациональная организация работ и управление процессами разработки и согласования приводит к длительным срокам согласования КД.

Использование возможностей, заложенных в новых технологиях, позволили многократно повысить эффективность, благодаря созданию нового усовершенствованного процесса, коренным образом изменяющего прежние правила работы (см. таблицу 1)

Таблица 1

Прежнее правило Новая технология Новое правило

Многоитерационный цикл согласования бумажного комплекта КД Создание ЛВС в КБ и ТБ с последующим объединением в единую КВС предприятия. Технологии Workflow. Процессо- ориентированный подход к управлению процессами проектирования, конструирования и сопровождения изделий и их КТПП.

Технолог по маршрутам определяет и заносит вручную расцеховочные маршруты в документ ПЧ. CALS-технологии. CASE-технологии программирования. Базы данных. Базы знаний. Автоматически рассчитанные маршруты на основе созданных таблиц «Предопределенных маршрутов».

Технолог по покрытиям определяет покрытие ДСЕ и проставляет данные на чертеже вручную. -«- Конструктор производит автоматизированный выбор и расчет покрытий.

Технологи вручную определяет размеры заготовок деталей. -«- Автоматический расчет заготовок и норм расхода материалов.

Технолог вручную составляет ведомость вспомогательных материалов на изделие. -«- Автоматическое получение перечня вспомогательных материалов и их норм расхода.

Конструкторы и технологи Технология Конструкторы и технолог»

Пересмотренные процессы КТПП позволили сократить количество проверок и контролен КД до экономически целесообразного уровня и уменьшить количество согласований путем сокращения точек контакта. На основании результатов системного анализа проведена структурная реорганизация конструкторско-технологических подразделений с целью существенного сокращения сроков КТПП.

В четвертой главе решена задача создания системы ИС ТП, обеспечивающей комплексный подход к автоматизации, когда расчетчик, конструктор; технолог, сотрудники плановых и диспетчерских служб и производственники работают в едином информационном пространстве. Подробно описаны подсистемы САПР-Р, САПР-К, САПР-Т, АСТПП, АСУП. 1) Подсистема «САПР-Р»

Подсистема САПР-Р поддерживает проектирование следующих типов трансформаторов: преобразовательных на класс напряжения до 220 кВ мощностью до 100МВА; силовых на класс напряжения до 220 кВ мощностью до 160МВА; с системами охлаждения М, Д, ДЦ, Ц, НЦ, НДЦ; со встроенным регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) или без возбуждения (ПБВ); специальных трансформаторов.

Расчет трансформатора состоит из следующих основных этапов (рисунок 2):

• Оптимизационный расчет (выбор модели для проектирования);

• Основной расчет (расчет раскладок обмоток, геометрии, потерь, напряжения КЗ, перегревов);

• Поверочные расчеты.

Рисунок 2 —Этапы расчета трансформатора Процесс расчетного проектирования основывается на следующей информации (таблица 2).

Несмотря на многолетнюю практику расчетов и проектирования трансформаторов возникла необходимость получения принципиально новых решений с целью улучшения их параметров. Для этого была создана математическая модель, адекватно отражающая физические процессы, протекающие в трансформаторе. Исходными данными для формирования математических моделей трансформаторов служат компонентные (свойства элементов) и топологические (взаимосвязи элементов) уравнения.

Таблица 2.

Нормативно-справочная (НСИ) информация Долговременная и актуальная информации проекта

1. Классификационные данные типов изделий; 2. Архив вариантов расчета с разными статусами (рабо- 1. Требования заказчика к изделию и требования, обусловленные местом эксплуатации изделия; 2. Параметры одного или несколь-

Нормативно-справочная (НСИ) информация Долговременная и актуальная информации проекта

чий, предварительный, утвержденный); 3. Рекомендуемые данные для расчета выбранного типа изделий; 4. НСИ - база параметров используемых материалов (сталь, провод, изоляция и др.); 5. НСИ - база разработанных узлов и элементов изделий (обмоток, магнитопроводов, сечений магнитопроводов и т.д); 6. НСИ-база ГОСТов, ТУ и других нормативных документов. к их изделий - аналогов; 3. Протоколы расчетов; 4. Результаты расчетов; 5. Обобщенные модели изделий в средеELCUT и.AutoCad; 6. Обобщенные модели изделий в среде UG и ANSYS; 1. Результаты расчетов параметров изделия в системе ANSYS; 8. Выпускаемые документы («Техническая спецификация», «Расчетная записка», проект технических условий (ТУ) и др. документация,- необходимая для конструкторского проектирования).

Традиционная матрично-топологическая теория формирования уравнений математической модели (УММ) трансформаторного оборудования (ТО), оперирует лишь с реальными графами схем и соответствующими им матрицами инциденций и, соответственно, требует задания полных значений реактансов само- и взаимоиндукции ветвей ТО. При сильной индуктивной связи, характерной для обмоток ТО, определение достоверных значений - полных реактансов как расчетным, так и опытным путем крайне затруднено.

Разработанные в результате исследований алгоритмы базируются на введении новых расширенных топологических матриц.

Расширенную топологическую матрицу запишем в виде:

где А. - традиционная матрица инциденций, столбцы- ветви, Пь ; строки -узлы, ;

Б - матрица, учитывающая независимые связи между токами ветвей.

Дополнение матрицы А матрицей Б, увеличивает число узлов Пу и тем самым уменьшает число независимых ветвей (токов) пх. Применение теоремы Теледжена при произвольных исходных абстракциях позволило

сформулировать алгоритмы формирования по исходной матрице А суженной квазиконтурной матрицы для напряжений ветвей.

(2)

На основе расширенной матрицы Ар могут быть получены УММ

для определения токов для произвольных схем обмоток ТО в режимах короткого замыкания в любой форме записи (комплексной, дифференциальной и др.). На основе суженной квазиконтурной матрицы В^ формируются уравнения электрического равновесия схемы трансформатора:

ВБХБВБ 1Б - ВбИБ

(3)

где - суженная квазиконтурная матрица, - матрица

индуктивных сопротивлений схемы; ВбТ - транспонированная матрица В^*, 1е - вектор независимых токов; Чб - матрица напряжений ветвей схемы.

Матрица является хорошо обусловленной, параметры мат-

рицы (парных реактансов обмоток) определяются расчетным или опытным путем, при этом не предъявляется повышенных требований к организации вычислительных процедур. На базе рассчитанных токов вычисляются основные параметры трансформатора.

Разработанные УММ используются в модулях «Оптимизационный расчет трансформатора» и «Основной расчет трансформатора».

В системе «САПР-Р Тр» осуществляется интеграция следующих про-

граммных продуктов (ПП):

ПП собственной разработки (оптимизационный расчет, расчет раскладок обмоток, геометрии, потерь, напряжения КЗ, перегревов и др.)

специализированных ПП для поверочных расчетов разработки ВЭИ (г.Москва) и ВИТ (Запорожье) (расчета электродинамической стойкости обмоток, расчета распределения импульсных перенапряжений в обмотках, расчета токораспределения в обмотках);

универсальных многофункциональных пакетов CAD (UG, Autocad) и САЕ (ANSYS, ELCUT).

системой «Энергомаш-Заказчик» собственной разработки;

Подсистема САПР-Р характеризуется высокой наукоемкостью, а этап расчетного проектирования является самым ответственным этапом в цепочке жизненного цикла изделия.

2) Подсистема САПР-К Создание системы конструкторского проектирования было реализовано с помощью CAD-системы CADMECH разработки НПП "Интермех" на базе Autocad. Это гибкая интегрированная система, которая позволила значительно повысить эффективность конструкторского проектирования и охватить все этапы проектирования, начиная с разработки непосредственно конструкторской документации (Cadmech) с последующим автоматизированным выпуском текстовых конструкторских документов СП, ВС, ВП, ПЭ (AVS) и заканчивая ведением сетевого иерархического архива предприятия с возможностью ведения проектов и документооборота предприятия (Search).

Система Search — является ведущей PDM-системой трансформаторного

производства (рисунок 3). Ha ee основе создан архив конструкторско-технологических документов (КТД). Общий архив Search построен из требуемого количества архивов различного назначения и статуса: около 70 ин-

дивидуальных архивов, 15 -архивов КБ и ТБ, центральных архивов чертежей и спецификаций, целевых и прочих архивов.

Созданная система архивов трансформаторного производства содержит на сегодняшний день более 38000 чертежей, спецификаций, и других КТД на 550 изделий и более 2500 их модификаций (исполнений).

Для автоматического получения спецификаций сборочных узлов и на их основе автоматического формирования ведомости спецификаций, ведомости покупных изделий и

других конструкторских документов используется система AVS.

Разработано более 4500 спецификаций, которые хранятся в центральном архиве спецификаций, около 5000 ранее разработанных спецификаций были конвертированы в систему из АСУП.

Рисунок 3— Управляющая PDM-система SEARCH

Для автоматического получения расчетной технологической информации набор параметров спецификации в AVS был расширен:

• Заполняемые конструктором «чистые» габаритные (L, В, Н) размеры детали служат основой для расчета размеров заготовки детали и норм расхода материалов на нее.

• Автоматизированный выбор покрытия детале-сборочной единицы

(ДСЕ) и задание его площади позволяют определить перечень необходимых материалов для выполнения технологической операции "покрытие" и рассчитать их нормы расхода. Автоматизированный выбор покрытия осуществляется по схеме: тип трансформатора - тип поверхности - климатическое исполнение- покрытие.

С помощью пакета 1М-ВА8Е были созданы конструкторско-технологические справочники: материалов, покрытий ДСЕ, деталей без чертежа, стандартных и крепежных изделий, покупных изделий, унифицированных узлов, данных для условного габаритного чертежа.

Названные справочники позволили увеличить долю заимствованных или слегка измененных компонентов в изделии до 80% за счет предоставления возможности поиска компонента с необходимыми характеристиками. Созданная справочно-информационная база существенно повысила производительность и качество проектирования.

Одновременно с созданием справочной базы системы была проведена работа по унификации в следующих направлениях:

• унификация деталей и ПКИ по маркам и сортаментам материалов;

• унификация конструктивных элементов по наименованиям;

• унификация конструктивных элементов по их конструктивно -технологическому подобию.

На основе системы СаёшесИ реализована информационная поддержка жизненного цикла изделия в полном соответствии с требованиями САЬ8-технологий по информационной поддержке изделия на всех этапах его жизненного цикла: система отслеживает версии (изменения) изделия на всех этапах его разработки и подготовки производства, значительно сокращая сроки проведения изменения конструкции изделия или технологии его производства.

3) Подсистема САПР-Т Для автоматизации технологических процес-

сов (ТП) производства трансформаторов используется программно-методический комплекс TechCard. В настоящий момент разработаны технологические процессы по сварочному, сборочному, обмоточному производству и лакокрасочным покрытиям.

Самыми важными узлами трансформатора являются обмотки и магни-топровод, для которых характерны сложные технологические процессы. Для автоматизации техпроцесса по изготовлению обмоток была проведена классификация обмоток, созданы справочники операций и оборудования, разработаны техпроцессы на непрерывные обмотки. Ни в одной из российских систем технологического проектирования этот вид производства не был реализован.

Для автоматизации технологического процесса резки пластин магнито-провода на основе базы данных САПР-Р (параметров магнитопроводов и их сечений) было автоматизировано получение «Технологической карты раскроя» для различных конструкций магнитопровода с автоматизацией выбора программы резки для линии ЧПУ «Georg» (Германия) и разработана подсистема оптимизации продольного и поперечного раскроя, позволившая существенно сократить временные и материальные затраты на технологическую подготовку производства магнитопроводов.

САПР - системы с полным набором конструкторско-технологической документации на проектируемые изделия (чертежи деталей, узлов, сборочные чертежи, спецификации изделий, техпроцессы, технологические маршруты), на 70 - 80% закрывают потребность в информации на этапе технической подготовки производства. Они накапливают и интегрируют информацию для систем АСУП с целью дальнейшей подготовки производства.

4) Расчетная технологическая часть. Передача данных в систему АСТПП

В работе получена процедура автоматической передачи конструктор-

ских данных из CAD-системы в систему АСТПП с помощью систем AVS и SEARCH.

Все ДСЕ трансформаторного производства при создании нового изделия разделяются конструктором в CAD-системе по критерию сложности технологической проработки на четыре группы:

• I группа - ДСЕ, на которые требуется разработка новой оснастки;

• II группа - ДСЕ, по которым требуется разработка нового ТП.

• III группа - ДСЕ, имеющие стандартную технологическую обработку или типовой техпроцесс.

• IV группа - ДСЕ, изготавливаемые на станках ЧПУ.

С помощью маршрутизатора управляющей системы Search с технологами согласуются только ДСЕ I и II групп, затем по ним производится автоматический расчет всей технологической информации (заготовок, норм расхода, маршрутов). По ДСЕ III и IV групп (как правило, составляющих 90 % оригинальных ДСЕ) расчет всей технологической информации производится без согласования с технологами.

Разработана методика расчетно-аналитического получения технологической информации на основе базы знаний (технологические таблицы и алгоритмы расчета) и расширения параметров конструкторской спецификации, создаваемой в CAD-системе. При расчете размеров заготовки детали и ее нормы расхода проводится анализ материала детали для определения размеров припуска, соотношения габаритных размеров детали и сортамента материала, дополнительных параметров, уточняющих конфигурацию детали и вид обработки.

Для сокращения сроков технологической проработки изделий разработан «Расчет маршрута ДСЕ» на основе справочника предопределенных технологических маршрутов.

Автоматизация получения ведомости вспомогательных материалов была проведена на основе выявления зависимости перечня и количества вспомогательных материалов от параметров и особенностей конструкции изделий трансформаторного производства (база знаний из технологических таблиц и алгоритмов расчета).

5) Планирование и производство

По завершении первых четырех этапов БД АСТПП содержит структурированную, консолидированную информацию обо всей выпускаемой номенклатуре и необходимых для производства материалах, планируемом времени изготовления и т.д.

Функциональные возможности системы АСТПП были расширены и дополнены, функциями, системы АСУП. Результатом работы комплекса АСТПП-АСУП является комплект необходимых для производства сводных ведомостей: ведомость специфицированных норм расхода материалов, ведомость подетальной трудоемкости, маршрутно-комплектовочные карты и др. В системе разработаны программные средства для работы планово-экономических и- производственно-диспетчерских служб: АРМ-снабжение, АРМ - специалиста ПБО, АРМ - диспетчера ПДО, АРМ-диспетчера цеха.

Система АСТПП-АСУП обеспечивает автоматическое формирование номенклатурных планов на основании конструкторско-технологических данных, а также решает связанную с этим задачу ведения портфеля заказов. После того, как производственная программа сформирована, автоматически рассчитываются потребности производства в ресурсах, формируются задания планово-экономической службе и службе материально-технического снабжения, производственным подразделениям и начинается контроль выполнения программы.

Разработка комплекса "Получение планово-производственной документации" системы основывалась на принципе максимального приближения ин-

формации к запросам конкретного пользователя, что позволило не только существенно уменьшить сроки подготовки производства, но и сократить штат производственных подразделений. Созданы различные формы документов с учетом специфики производственной деятельности для конкретных участков цехов и диспетчеров.

В заключение главы 4 рассмотрены направления перспективного развития ИС ТП: дальнейшая реализация CALS-концепции построения единого информационного пространства (ЕИП) с применением PLM -технологий, проектирование моделей изделий в среде Unigraphics (UG), инженерное проектирование в системах конечно-элементного анализа (Ansys и др.).

Описан опыт применения метода параллельного проектирования при проектировании элегазового трансформатора для ГТ ТЭЦ 009М с использование вышеперечисленных систем: организация комплексного процесса конструирования, когда все узлы изделия проектируются параллельно с возможностью их изготовления разными производителями с последующим их сопряжением друг с другом.

В главе 5 описана подсистема «Экономических расчетов». Подсистема предусматривает оперативное планирование себестоимости, рассматриваемое как калькулирование затрат по изделиям, направлениям деятельности (отраслям промышленности), заказчикам, плановым и отчетным периодам в зависимости от изменения внешних условий: изменение цен материалов и комплектующих, изменение цен на изделия предприятий-конкурентов, вывод на рынок технических новинок в электротехнической отрасли, планируемый процесс перехода на изготовление узлов по кооперации и другие факторы.

В работе выполнен расчет экономической эффективности от внедрения ИС ТП. Основные показатели эффективности иллюстрирует рисунок 4. Внедрение ИС ТП позволило при сокращении численности работающих увеличить число разработок новых изделий и сократить сроки их подготовки

производства.

Рисунок 4 — Данные экономической эффектвносга от внедрения ИС ТП

Заключение

Поставленная в работе цель достигнута, научно решены следующие задачи:

1) В работе проведен системный анализ существующих процессов КТПГТ, определен состав прикладных задач и структуры данных информационной системы трансформаторного производства.

2) Разработаны функциональные модели процессов КТПГТ «Как есть» и «Как должно быть» на основе применения СЛЬ8-технологий.

3) Предложены усовершествованные процессы и структурная реорганизация конструкторско-технологических подразделений, позволившие повысить производительность работ КБ и ТБ более чем в четыре раза.

4) Создана интегрированная САПР силовых и преобразовательных трансформаторов, состоящая из четырех взаимосвязанных частей:

• расчетное проектирование (САПР-Р),

• конструкторское проектирование (САПР-К),

• проектирование техпроцессов (САПР-Т),

• технологическая- подготовка производства на основе расчетно-аналитической методики получения технологической информации (АСТПП).

Создание интегрированной САПР увеличено число разработок в 3 раза при сокращении численности работающих на 35% по сравнению с 1995г.

5) Разработана и внедрена методология создания единой системы кон-структорско-технологической подготовки производства (КТПП), предназначенной для автоматизации работы конструкторских, технологических, плановых и производственных служб предприятия и обеспечивающая информационную поддержку жизненного цикла изделия.

6) Создана и внедрена интегрированная ИС ТП, позволившая сократить сроки подготовки производства изделий по сравнению с 1995г более чем в 2,5 раза.

7) Отработано информационное взаимодействия системы КТПП с действующей на ОАО «Уралэлектротяжмаш» автоматизированной системой управления производством АСУП, позволившее оперативно передавать необходимые данные в систему управления предприятием Я/3.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Рожкова О.Н., Пестряева Л.М., Фишлер Я.Л. Информационная система трансформаторного производства ОАО «Уралэлектротяжмаш».// Транс-форматоростроение-2000: Сб. трудов X Международ, науч.-техн. конф., г.Запорожье, Украина 19-21 сентября 2000г: в 2 ч, с.37-38

2. Рожкова О.Н., Слухаев А.Н. Аспекты создания информационных систем технологического проектирования // Развивающиеся интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления: Материалы Международной науч.-практ. конф., г.Новочеркасск, 10-25 мая 2001, ч.1, с. 48-49

3. Рожкова О.Н. Информационная система трансформаторного произ-

водства ОАО «Уралэлектротяжмаш» как интеграция систем САПР и АСУ // Энергетика и электротехника: Сб.трудов науч.-техн. семинара, г. Екатеринбург, 13-16 ноября 2001, с 59-63.

4. Рожкова О.Н. Стратегия «Жизненного цикла изделий» и ее роль в информационной системе.// Энергосбережение: Сб.трудов науч.-техн. семинара, г. Екатеринбург, 14-17 мая 2002г, с 40-42.

5. Рожкова О.Н., Доросинский Л.Г. «Классификация - как основа информационной системы» // Науч. труды II отч. конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. Екатеринбург, 2002г, с. 351

6. Рожкова О.Н. Уровень САПР как мера разумной достаточности// Развивающие интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления»: Материалы II Междунар. науч.-практ. конф., г Новочеркасск, 17-31 мая 2002г, ч. 2, с. 18-19

7. Рожкова О.Н., Доросинский Л.Г. Интеграция систем проектирования и управления - основа комплексной автоматизация предприятий // Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах : Материалы III Междунар. науч.-практ. конф., г Новочеркасск, 15 ноября 2002г, ч.З, с. 4-5

8. Рожкова О.Н., Доросинский Л.Г. Проблемы внедрения электронного архива на «Уралэлектротяжмаш» // Науч. труды III отч. конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. Екатеринбург, 2002г, с. 322.

9. Рожкова О.Н., Доросинский Л.Г. Комплексный подход к решению вопроса унификации конструкторских решений // Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах : Материалы III Междунар. науч.-практ. конференции, г. Новочеркасск, 15 ноября 2002г, ч.1,с.41-42

10. Рожкова О.Н., Доросинский Л.Г. Оптимизация технологического процесса резки рулонной стали // Методы и алгоритмы прикладной матема-

тики в технике, медицине и экономике : Материалы III междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 17 января 2003г, ч.2, с. 23-24

11. Рожкова О.Н., Доросинский Л.Г. Автоматизация системы конструкторской подготовки производства. Анализ проблем и пути их решения // Научные труды конф. молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. Сб. статей, г. Екатеринбург, 2003г, с 166-167

12. Рожкова О.Н., Доросинский Л.Г. Корпоративная модель данных: принцип разумной достаточности // Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем: Материалы междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 2003г, с. 47-49

13. Рожкова О.Н., Светоносов В.П. Методы формирования математических моделей теории трансформаторного оборудования // Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы : Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г.Новочеркасск., 24 октября 2003г, с. 4-8

14. Рожкова О.Н. Практика применения метода параллельного проектирования при создании наукоемких изделий // Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 14 ноября 2003г, ч.З, с. 49-52

15. Рожкова О.Н. Сквозной процесс конструирования и инженерного анализа // Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 14 ноября 2003г, ч. 1. с.42-44

Екатеринбург

Подписано в печать 24.05.04 г. Тираж 100. Заказ 87

Ризография НИЧ УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

04-15027

Список сокращений.

Введедие.

1 Современное состояние комплексной автоматизации производства на российских предприятиях.

1.1 Проблема автоматизации систем инженерных расчетов и инженерного анализа (CAE) в электротехнической промышленности.

1.2 Обзор рынка и анализ возможностей CAD/CAM систем.

Алгоритм выбора CAD/CAM системы.

1.2.1 Начальный этап автоматизации KT1JLL1 производства трансформаторов.

1.2.1.1 Описание алгоритма выбора CAD/CAM системы.

1.2.1.2 Выводы.

1.2.2 Современный этап автоматизации КТПП.

1.2.2.1 Требования к CAD-системам на современном этапе.

• 1.2.2.2 Рассмотрение двухуровневых САПР.

1.2.2.3 Выводы.

1.3 Обзор рынка систем комплексной автоматизации.

1.3.1 Предпосылки внедрения нового класса АСУП (ERP) систем.

1.3.2 Обзор рынка систем для T1JLL1.

1.3.2.1 Technologies.

1.3.2.2 Omega Production.

1.3.2.3 Комплекс программ НЛП «Интермех».

1.3.3 Система класса ERP SAP R/3.

1.4 Постановка задачи.

Выводы.

2 Методологические и теоретические проблемы комплексной -автоматизации предприятий.

2.1 Предпосылки и причины появления СALS-технологий.

2.2 Этапы жизненного цикла промышленных изделий.

2.3 Методики разработки САПР.

2.4 Открытые системы.

2.5 Интеграция ПО в САПР.

2.5.1 Способы организации межпрограммных интерфейсов.

2.5.2 Средства построения интегрированной модели изделия.

2.6 Программное обеспечение CALS-технологий. -2.6.1 Основные функции PDM.

2.6.2 PLM - технологии.

2.7 Метод параллельного проектирования при создании наукоемких изделий.

Выводы.

3 Организационное и методическое обеспечение системы ИС ТП 3.1 Предпосылки комплексной автоматизации предприятия.

3.2 Стратегии построения информационных систем.

3.3 Основные организационные мероприятия по внедрению ИС ТП. 106 , 3.3.1 Заинтересованность руководства .,.

3.3.2 Сохранение высококвалифицированных программистских ресурсов.

3.3.3 Организационные документы, регламентирующие процесс создания и развития ИС ТП.

3.4 Методика внедрения CALS-технологий.Ш

3.4.1 Формирование рабочей группы.

3.4.2 Анализ существующих бизнес-процессов.

3.4.3 Выбор и приобретение PDM-системы и технических средств.

3.4.4 Разработка стандартов предприятия.

3.4.5 Наполнение PDM информацией о ранее разработанных изделиях.

3.5 Реинжиниринг существующих бизнес-процессов КТПП.И

3.5.1 Анализ существующей на предприятии ситуации.:.'.

3.5.2 Функциональная модель процесса «Согласования КД» (Как есть).

3.5.3 Разработка плана изменений по оптимизации процесса.

3.5.4 Функциональная модель процесса «Согласования КД» (Как должно быть).

4 Система КТПП трансформаторов.

4.1 Обоснование необходимости разработки КТПП.

4.2 Назначение системы КТПП.

4.3 Описание системы КТ ПП.

4.3.1 Система расчетного проектирования трансформаторов.

4.3.1.1 Описание объекта проектирования.

4.3.1.2 Описание процесса расчета.^.

4.3.1.3 Математическое обеспечение САПР- Р Тр.

4.3.1.4 Описание программного комплекса САПР - Р Тр.

Выводы.

4.3.2 Конструкторское проектирование.

4.3.2.1 Система ведения архива технической документации предприятия и управления данными об изделиях (Search ).

4.3.2.2 Применение системы Cadmech при проектировании

• изделий.-.■.•.•.-.V-.:.'.-.

4.3.2.3 Использование системы AVS для разработки текстовой конструкторской документации.

4.3.2.4 Ведение конструкторских баз данных в системе Imbase.

4.3.2.5 Передача и согласование конструкторских данных.

4.3.3 Технологическая подготовка производства и расчетная технологическая информация.

4.3.3.1 Автоматизация техпроцессов BTechCard.

4.3.3.3 Автоматизированный расчет норм расхода материалов.

4.3.3.4 Расчет предопределенной расцеховки деталей и узлов.

4.3.3.5 Автоматизация получения,«Ведомости вспомогательных материалов».

4.3.4 Планирование и производство. ф 4.4 Постпроизводственные этапы жизненного цикла изделий.

4.5 Направления перспективного развития ИС ТП.

4.5.1 Опыт применение P-LM-технологий в компании «Энергомаш».

4.5.2 Опыт сквозного процесса конструирования и инженерного ф анализа.

Выводы.

5 Анализ экономической деятельности предприятия. Расчет экономической эффективности внедрения ИС ТП.

5.1 Анализ экономической деятельности предприятия в ИС ТП.

5.2 Пути повышения экономической эффективности производства.

5.2.1 Внедрение новых информационных технологий.

5.2.2 Сокращение расходов при проектировании новых изделий.

5.2.3 Сокращение сроков подготовки производства.

5.3 Расчет экономической эффективности внедрения ИС ТП.

Для существования в современных условиях предприятие должно обеспечивать автоматизацию всего производственного цикла изделия, включая маркетинг, формирование портфеля заказов, проектирование, конструкторскую, технологическую, техническую и экономическую подготовку производства, планирование и оперативное управление производством, хранение, сбыт, а также функционирование всех вспомогательных отделов и служб (бухгалтерии, управления кадрами, архива и пр.). На большинстве отечественных машиностроительных предприятий на сегодняшний день преобладают устаревшие подходы к организации производства, не позволяющие с системных позиций рассматривать взаимосвязь и влияние этапов конструкторско-технологического проектирования, материального и календарного планирования и непосредственно самого производства на качество продукции и ее себестоимость.

В организации функционирования производственной среды предприятий нужны новые стратегические ориентиры - а именно, комплексная автоматизация предприятий, включающая в себя

• планирование и управление всех этапов создания изделий в виде сопараллельного их выполнения на базе единого информационного пространства предприятия;

• формирование, накопление и рациональное использование интеллектуальных ресурсов предприятия;

• поэтапная комплексная автоматизация производственных и управленческих процессов на базе новых информационных технологий". Исходя из этого основные требования, предъявляемые к современным системам автоматизации машиностроительных предприятий, можно сформулировать так:

• информационная и организационная интеграция подсистем проектирования - подготовки производства - управления;

• параллельное конструкторско-технологическое проектирование, при котором одновременно с созданием конструкторской модели производится подготовка информации и частично формируется модель технологического процесса;

• использование единой информационной модели объекта проектирования, построенной на основе функционально-логических связей между характеристиками и параметрами объектов на всех стадиях, что позволяет сократить затраты времени на коррекцию полученных решений в процессе отработки изделия и создания его модификаций. Комплексная автоматизация имеет конечной целью реальное снижение общих затрат времени й средств на всю цепочку: "Разработка средств разработки - Разработка изделия - Изготовление изделия"[1]. Для достижения этой цели необходимо идти по трем основным направлениям: ускорение и удешевление

• проектирования изделия;

• изготовления изделия;

• продвижения изделия на рынок, его эксплуатации. Взаимосвязь трех направлений предполагает информационную интеграцию. Информационная интеграция представляет одно из важнейших средств ускорения и удешевления поддержки изделия на каждом из этапов его жизненного цикла и при переходе от одного этапа жизненного цикла к другому.

Решение задачи создания единой информационной среды - это реализация концепции CALS (Continuos Acquisition and Life-Cycle Support) [2]. Суть концепции CALS - создание такой модели производимого изделия, которая сопровождала бы изделие на всем протяжении производственного цикла изделия, а также и на последующих этапах жизненного цикла изделия. Если принять, что модель изделия - это некий объект, способный заменить само изделие для выполнения задачи, не.связанной с основным назначением изделия, то ёозможны различные виды моделей - простая модель, решающая одну задачу, комплексная модель, предназначенная для решения нескольких задач и интегрированная модель, решающая все задачи.

Интегрированная модель (ИМ) изделия обладает следующими особенностями: любое изделие или его компоненты могут быть рассмотрены с точки зрения различных предметных областей. Поэтому различные фрагменты ИМ создаются с использованием различных программных продуктов, автоматизирующих различные предметные области. Кроме того, некоторые из предметных областей могут быть еще не охвачены автоматизацией. Вследствие этого процесс создания ИМ изделия является многоэтапным:

• с точки зрения многообразия охватываемых предметных областей (разные потребители используют ту часть ИМ, которая относится к их' предметной области);

• с точки зрения жизненного цикла изделия (отдельные фрагменты интегрированной модели создаются и включаются в интегрированную модель на разных этапах жизненного цикла изделия)

Объект исследования автора: Информационная система машиностроительного предприятия с точки зрения комплексной автоматизации трансформаторного производства ОАО «Уралэлектротяжмаш», как объекта для создания единого информационного пространства с соответствии с концепцией CALS.

Цель работы заключается в исследовании, разработке и практической реализации методики, методов и алгоритмов комплексной автоматизации этапов проектирования, конструкторско-технологической подготовки производства и управления и создание на их базе интегрированной информационной системы трансформаторного производства (ИС ТП) по разработке, производству и эксплуатации силовых и преобразовательных трансформаторов.

Актуальность темы. Вопрос создания информационной среды для -интеграции автоматизированных систем на промышленных предприятиях проработан недостаточно. На рынке программных продуктов только и начинают появляться программные системы, разработанные в соответствии с CALS - концепцией и направленные на создание и поддержку единого информационного пространства предприятий.

Сдерживает решение этих вопросов отсутствие конкретных методик и технологий для реализации комплексного подхода к автоматизации. Имеющиеся работы носят либо весьма теоретический характер, либо узко направленный характер на проблему конкретного предприятия, либо ограничиваются только решением конкретной задачи, т.е. отсутствует решение проблемы в целом при ее рассмотрении с позиции «большой системы».

При всей очевидности целесообразности перехода от «кусочной» («островковой», «очаговой») автоматизации предприятий - к «интегрированным» информационным системам (ИИС), вопрос остается для многих предприятий не решенным и для решения весьма трудным. Имеется существенный разрыв между достижениями теории в этом вопросе и практической реализацией комплексной автоматизации.

В единой информационной системе промышленного предприятия информационная база, создаваемая на этапе конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП), служит, помимо обеспечения конструкторской деятельности, исходной основой для функционирования технологической подготовки производства, планирования и оперативного управления производством, выполнения различных технико-экономических расчетов и решения многих других задач. Поэтому построение эффективной системы автоматизации КТПП в едином информационном поле промышленного предприятия является одной из первоочередных и наиболее актуальных задач.

Несмотря на большой опыт развития теории и практики систем автоматизации инженерной деятельности, внедрение и использование САПР на ^-отечественных промышленных-.„предприятиях свидетельствует о том, что. возникают зачастую неразрешимые проблемы по информационной интеграции

САПР с другими действующими на предприятии информационными системами (в частности - с АСУП)[3]. Это, с одной стороны, проблемы, связанные с возможностью использования в процессе проектирования изделий в этих САПР действующих общезаводских информационных баз с классификаторами материальных ресурсов предприятия. С другой стороны - проблема обеспечения взаимосвязи создаваемых в САПР информационных баз и проводимых в них изменений с общезаводскими информационными базами. Эти проблемы решаются, как правило, за счет дополнительных затрат на разработку и обеспечение средств сопряжения между ними. Локальное функционирование САПР и организация параллельных процессов создания конструкторских информационных баз приводит к дублированию данных для решения задач в других информационных системах. Это говорит о крайней неэффективности процессов формирования и ведения конструкторских информационных баз в автоматизированных системах, используемых на предприятиях, что соответственно влияет на качество решаемых на их основе задач, а также на возможности дальнейшего развития информационно-функциональной структуры системы автоматизации КТПП.

Приобретение же готовых комплексных автоматизированных - систем зачастую приводит к проблемам, связанным с их адаптацией к действующей системе управления предприятием, интеллектуальные и материальные затраты на решение которых значительно превышают первоначальную плату за приобретение этих программных средств. Основное назначение такого рода систем объединить в единый непрерывный процесс все этапы жизненного цикла изделий. Однако, внедрение таких систем чаще всего не доходит до конца, вследствие чего автоматизация КТПП и систем управления остается фрагментарной, а желаемая их интеграция неполной. Организационные же вопросы при внедрении таких систем, как правило, остаются за предприятием.

Кроме того, существует отставание уровня автоматизированных систем .г. технологической подго.тдаки- производства^. от систем, автоматизированного проектирования конструкторских работ (САПР К), объясняемая несколькими объективными причинами. Наиболее существенная из них заключается в том, что системы САПР К в отличии от АСТПП универсальны. Конструкторские системы могут применяться без существенной адаптации практически на любом машиностроительном предприятии. Для них характерны широкий рынок сбыта, возможность продажи «под ключ». АСТПП, напротив, специализированны и зависят от характера производства, вида выпускаемой продукции, серийности их выпуска. Кроме того, прикладное программное обеспечение АСТПП неоднородно по назначению. Оно формируется из набора продуктов, каждый из которых обеспечивает разработку отдельного вида технологических процессов.

Исследование и разработка методики автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства и методология внедрения, охватывающая все аспекты автоматизации: от выбора стратегии автоматизации предприятия, проработки вопросов математического, программного, информационного и лингвистического обеспечения системы, до решения вопросов интеграции различных автоматизированных систем и взаимодействия различных подразделений, участвующих в процессе создания и сопровождения изделий, является весьма актуальной задачей.

Решаемые в диссертации задачи апробированы на примере создания информационной системы трансформаторного производства ОАО «Уралэлектротяжмаш»:

1. Анализ существующих процессов конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП), материально-технического обеспечения и управления производством для оценки источников, объемов и форм представления в ИИС и с целью конкретизации состава прикладных задач и структуры данных, подлежащих отображению в ИИС.

2. Разработка функциональных моделей (ФМ) «Как есть» и «Как должно быть» перечисленных процессов, отражающих их совершенствование на основе применения.ИИС- и CALS-техвдяогий. .Выработка рекомендаций . по оптимизации процессов КТПП и по структурной реорганизации конструкторско-технологических подразделений с целью существенного сокращения сроков КТПП.

3. Создание на основе общей базы данных интегрированной САПР силовых и преобразовательных трансформаторов, состоящей из четырех взаимосвязанных частей: - расчетное проектирование (САПР-Р), конструкторское проектирование (САПР-К), - проектирование техпроцессов (САПР-Т), технологическая подготовка производства и расчетно-аналитическая технологическая информация (АСТПП).

4. Отработка информационного взаимодействия интегрированной САПР с действующей на ОАО «Уралэлектротяжмаш» автоматизированной системой управления производством АСУП.

5. Создание информационной системы трансформаторного производства со сквозным циклом: конструирование - технологическая подготовка производства - материально-техническое снабжение - планирование и производство.

Методы исследований включают общую теорию систем, теорию баз данных, теорию принятия решений, системный анализ, теорию систем автоматизированного проектирования, математические методы, методы объектно-ориентированного анализа и проектирования программных систем.

Интеграция автоматизированных систем выполнена в соответствии с требованиями С ALS-концепции, утвержденной Министерством промышленности, науки и технологий Российской Федерации.

Научная новизна состоит в следующих разработках:

1. Разработана методология создания единой информационной среды для проектирования и производства силовых и преобразовательных трансформаторов, отличающаяся от имеющихся учетом интеграционных решений для систем проектирования, подготовки производства и управления.

2. Разработана оригинальная методика расчетно-аналитического , получения технологической информации, отличающаяся рациональной организацией взаимодействия конструкторов и технологов на основе единого методического, организационного и информационного обеспечений. В методике оптимизированы технологии процессов ТПП и автоматизированы следующие процедуры:

- получения расцеховок на базе предопределенных маршрутов;

- автоматизированного выбора и расчета покрытий деталей и узлов;

- расчета размеров заготовок деталей и их норм расхода на основе передаваемых из CAD-системы габаритных размеров деталей и данных базы знаний о технологических припусках;

- получения перечня и расчета расхода вспомогательных материалов.

3. Предложены новые математические модели, на основе которых произведен расчет параметров силовых и преобразовательных трансформаторов в рамках расширения матрично-топологической теории.

Включенный в диссертацию материал отражает личный вклад автора в создание ИС ТП. Автор работы, как руководитель проекта создания системы ИС ТП, разработал его методическое и организационное обеспечение, координировал работы между разработчиками в процессе создания ИС, а также на этапе внедрения между разработчиками и пользователями системы во всех подразделениях-участниках процесса проектирования, подготовки производства и управления. На начальных этапах разработки проекта автор выполнял роль постановщика задач и администратора базы данных системы ИС ТП, на последующих этапах - роль системного аналитика и руководителя проекта.

Выход

Рисунок П.2.11 — Комплекс «Эиергомаш-Заказчик». Подсистема «Технические спецификации» ЭНЕРГОМАШ - Заказчик. Запросы заказчиков. Требовании к изделию

Отчеты Перевод Создать служебную записку Редактировать

Документы по варианту требований заказчика

Вариант требов.заказчика : 246 0 от 15.03.2004 Заказчик : ОАО "МИНСКМГГРОПРОЁКТ" БЕЛАРУСЬ МИНСК,

Преды.тмп : ТРДМ-41Ш0/ПОУ1

Документы по изделию мприса

Дата per. Заретистрчвва л| От номер Пв1"чечание ы

1503.2004 Верховцева С. П Служебная записка 83

15.03.2004 В врхоецева С П Опросный пнет 1

15Ю 2004 Верковцева С. П Т вшическая спецификаций 38S

1503.2004 ЙякямЁ. Н. Сяялебная записка гриа J

Движение докуметш

Присоединенные Файлы

- Регистрация Исаком Е, Н.

15,03.2004. Передано; Верковиевом СП со сл. номером 2861G

Имя фдйлд

Сяужебнаг.Обш^я doc

1-1

Передать дом|мснг [

В настоящее аремя документ находится на рассмотрении сотрудников

ВерховдеззС П

Назад

Рисунок П.2Л2 — Комплекс «Энергомаш - Заказчик». Подсистема «Документы по запросу заказчика»

Опросный лист. Трансформаторы силовые.

Требования заказчика)

Объект поставки: ПС "ОКТЯБРЬСКАЯ" п/п Параметры Значение

1 Вид трансформатора Трансформатор

2 Число фаз 3

3 Частота сети, Гц 50,00

4 Количество обмоток, шт 3

5 Напряжение КЗ сети, кВ По ГОСТ

6 Мощность обмоток, кВА

S ВН= 10000,00 S СН= 10000,00 S НН= 10000,00

7 М-фазное напряжение обмоток, кВ

U ВН= 115,00 и СН= 30,00 UHH= 10,00

8 Схема и группа соединения обмоток Ун авто/Д-0-11

9 Сторона регулирования напряжения РПН ВН

10 Сторона регулирования напряжения ПБВ

11 Диапазон регулирования РПН (+-кол.ступ * величина ступ.) +-9*1,78

12 Диапазон регулирования ПБВ (+-кол.ступ * величина ступ.)

13 Напряжение КЗ, %

UK(BH-HH)= 16,00 ик(ВН-СН)= 10,00 ик(СН-НН)= 6,00

14 Испытат. напряжения промышленной частоты, кВ ивн= ПоГОСТ 1516.3 исн= По ГОСТ 1516.3 и нн = По ГОСТ 1516.3

UHeirrp.BH — По ГОСТ 1516.3 UneiVrp.C'H — По ГОСТ 1516.3 инейтр.НН По ГОСТ 1516.3

15 Испытательные напряжения ПГИ, кВ: ивн= По ГОСТ 1516.3 исн= По ГОСТ 1516.3 инн = По ГОСТ 1516.3 инейтр.®Н По ГОСТ 1516.3 инейтр.^Н По ГОСТ 1516.3 инейтр.НН По ГОСТ 1516.3

16 Охлаждающая среда Масло

17 Исполнение трансформатора обычное

18 Климатическое исполнение У - Умеренный климат

19 Размещение трансформатора 1 - Открытый воздух

20 Назначение трансформатора

21 Специальные характеристики

22 Конструктивные данные трансформатора

Напряжение двигателей дутья, В 380

Напряжение и род-тока сети сигнализации 220 В., переменный

Катки С ребордой

Ширина продольной колеи, мм 1524,00

Ширина поперечной колеи, мм 2000,00

Способ подсоединения стороны ВН

Расположение вводов

Расположение вводов к табл. тех. данных •. • ~v.-. •. - Левые

Наличие контроля температур Нет

Опросный лист. Трансформаторы силовые.

Требования заказчика)

Объект поставки: ПС "ОКТЯБРЬСКАЯ" п/п Параметры Значение

Наличие ограничителей напряжения Нет

23 Дополнительные требования

Наличие трансформаторов тока.

Обмотка ВН: ТВ-10-Ш-6000/5У1 6 шт.

Обмотка ВЩнейтраль): НОМ-Ю-66У2 „ £ LllT.

Обмотка СН: ТВ-10-Ш-6000/5У1 2 шт.

Обмотка НН: ТВ-10-Ш-6000/5У1 2 шт.

Требования к устройству РПН

Производитель Болгария

• • --- ■■

Рисунок П.2.13 — Документ «Опросный лист на изделия трансформаторного производства»

27.03.2004

Заключение

Поставленная в работе цель достигнута, научно решены следующие задачи: '

1) Проведен системный анализ существующих процессов КТПП, определен состав прикладных задач и структуры данных информационной системы трансформаторного производства. Разработаны функциональные модели процессов КТПП «Как есть» и «Как должно быть» на основе применения CALS-технологий. Предложены усовершествованные процессы и структурная реорганизация конструкторско-технологических подразделений, позволившие повысить производительность работ КБ и ТБ более чем в четыре раза.

Проведенный реинжиниринг процессов проектирования, конструирования, технологической подготовки производства и сопровождения изделий позволил повысить производительности работы КБ и ТБ следующим образом:

- использование CAD-систем не только в режиме электронного кульмана, а полного набора их функциональных возможностей.

- ведение всех спецификаций только в среде CAD/CAM/CAE/PDM-систем таким образом, чтобы между деревом изделия, схемой его структурного деления и спецификацией существовало взаимно-однозначное соответствие для всех ДСЕ изделия;

- переход от последовательных процессов проверки, согласования, утверждения КД и ТД (КИ и ТИ) к параллельным при работе как в среде CAD/CAM/ CAE/PDM-систем, так и вручную;

- переход на процессо-ориентированный подход к управлению процессами проектирования, конструирования и сопровождения изделий и технологической подготовки их производства по технологии Workflow;

- более интенсивное использование интерфейсов между CAD/CAM/ CAE/PDM

- системами (прямыми и на основе стандартных нейтральных файлов обмена -DXF, DWG, IGES и возможно STEP, импорт/экспорт этих файлов)

2) Создана интегрированная САПР силовых и преобразовательных трансформаторов, состоящая из четырех взаимосвязанных частей:

• расчетное проектирование (САПР-Р),

• конструкторское проектирование (САПР-К),

• проектирование техпроцессов (САПР-Т),

• технологическая подготовка производства на основе расчетноаналитической методики получения технологической информации (АСТПП).

Создание интегрированной САПР позволило увеличить число разработок в 3 раза при сокращении численности работающих на 35% по сравнению с 1995г.

3) Разработана и внедрена методология создания единой системы конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП), предназначенной для автоматизации работы конструкторских, технологических, плановых и производственных служб предприятия и обеспечивающая информационную поддержку жизненного цикла изделия.

В работе сформулированы общие требования к различному классу систем, представляющих предмет комплексной автоматизации с учетом полного набора задач, стоящих перед крупным машиностроительным -предприятием. Выполнен анализ "рынка" информационных технологий на предмет определения лидирующих программных продуктов для решения каждой из сформулированных задач. Оценена степень готовности (завершенности) программных продуктов по группам для автоматизации конкретных задач, а также заложенная в них возможность к интеграции. По результатам анализа выполнено ранжирование, отражающее степень завершенности программных систем и уровень требуемой адаптации (настройки, доработки) при внедрении на промышленном предприятии.

4) Создана и внедрена интегрированная ИС ТП, позволившая сократить сроки подготовки производства изделий по сравнению с 1995г более чем в 2,5 раза.

Каждое подразделение или служба решает свои задачи, работая в едином интегрированном информационном пространстве. Все участники процесса подготовки производства заносят в базу данных системы свою часть информации, при этом пользуясь данными, сформированными другими участниками процесса и снабжая их необходимыми для работы данными.

Конструкторские отделы используют систему' для управления информацией об изделиях, централизованного хранения и управления электронной документацией. Технологические отделы - для проектирования технологических процессов, выпуска документации и подготовки оборудования и оснастки во взаимодействии с другими службами - участниками подготовки производства и самого производства. На этом этапе в базе данных в дополнение к уже заложенной конструкторами структуре изделия формируется описание технологии изготовления всех узлов и деталей и, соответственно, описание ресурсов, необходимых для их производства.

Для плановых и производственных служб - эта информация является основой для решения задач расчета сводной материалоемкости и трудоемкости узлов, изделий и заказов в различных разрезах, подготовки производственной программы и расчета потребности в ресурсах, необходимых для ее выполнения, планирования и контроля хода производства.

5) Отработано информационное взаимодействия системы КТПП с действующей на ОАО «Уралэлектротяжмаш» автоматизированной системой управления производством АСУП, позволившее оперативно передавать необходимые данные в систему управления предприятием R/3.

6) В работе найдено решение проблем организационного обеспечения ИС ТП. Благодаря убежденности руководства конструкторского отдела и завода, усилия коллектива были направлены на создание комплексной автоматизированной системы, интегрирующей системы автоматизации проектирования, управления и технологической подготовки производства в соответствии с CALS-концепцией. Автономно функционирующие системы САПР, АСУП, АСУТП уже имеются на многих предприятиях. При интеграции этих систем на основе CALS-технологий на многих предприятиях задача замены уже используемых систем какими-либо другими не ставится, поскольку замена - процедура дорогостоящая, длительная и болезненная, требующая переучивания специалистов. Замена может быть вызвана не особенностями CALS, а лишь выявленной недостаточной функциональностью используемых систем (например, невозможностью проектирования сборок с тысячами компонентов).

В работе сделан вывод о том, что для передачи информации из функционирующих на предприятиях автоматизированных систем - во вновь приобретаемые, требуется плановая и взвешенная проработка вопроса, целесообразно создание интегрирующей платформы между существующими и внедряемыми системами. Автором работы исследована возможность такого взаимодействия с наименьшими финансовыми, информационными и временными потерями для предприятия.

1. Горнев В.Ф. Проблемы и технология комплексной автоматизации // Автоматизация проектирования, 1999.№1

2. Судов Е.В., Левин А.И., Давыдов А.Н. Концепция развития CALS-технологий в промышленности России /НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика» -М., 2002.

3. Милохов А. В. К вопросу о совершенствовании автоматизации системы конструкторской подготовки производства на отечественных промышленных предприятиях // САПР в тяжелом машиностроении: Сб.науч.тр. изд-во Урал.гос.проф.-пед.университета, 2000.-92с

4. Лоханин А.К., Лурье А.И., Панибратец А.Н. Разработка методики расчета динамической стойкости преобразовательных трансформаторов./Ютчет по НИР, М.,ВЭИ, 1991.

5. Белецкий З.М., Бунин А.Г., Горбунцов А.Ф., Конторович Л.Н. Расчет импульсных воздействий в обмотках трансформаторов с применением ЭВМ. Информэлектро, 1978. -78с.

6. Виногреев М.Ю. Методы и алгоритмы расчета на ЭВМ распределения токов в- обмотках силовых трансформаторов. Дисс. на соискание уч.степени к.т.н., 1985. -144с. ,

7. Бородулин Ю.Б, Гусев В.А., Попов Г.В., Автоматизированное проектирование силовых трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1987.- 264 е.: ил.

8. Фишлер Я, Л., Урманов Р.Н., Пестряева Л.М. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок.- М.: Энергоатомиздат, 1989. 320с.: ил.

9. Евгенев Г.Б., Кобелев А.С., Б.В.Кузьмин Б.В., Крючков А.А. Перспективы использования новой технологии автоматизированного решения инженерных задач для проектирования электрических машин // Электротехника, 1999. №11, с.1-12

10. Рожкова О.Н. Уровень САПР как мера разумной достаточности. // Развивающие интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления : Материалы II междунар. науч.-практ. конф.,г.Новочеркасск, 1731 мая 2002г. : ч. 2, с. 18-19

11. Клименко Э. П., Селезнева А. П., Евдокимов С. А, Рыбаков А. В. Система автоматизированной поддержки инженерных решений при проектировании электродвигателей.//Автоматизация проектирования, 1998. №112. http://www.cad.ru

12. Питеркин С.В., Оладов Н.А., Исаев Д.В. «Точно вовремя для России. Практика применения Е11Р-систем.-М.:Альпина Паблишер, 2002. -368с.• 14. Журнал «CADmaster» //http://www.cadmaster.ru

13. Журнал «САПР и Графика» //http://www.sapr.ru16. http://www.osp.ru17. «ConsistentSoftwar'e» //http://www.technologics.ru18. «OmegaSoftware»//http://www.omegasoftware.ru

14. НЛП «Интермех» //http ://www.intermech.ra

15. ОАО «Энергомаш»// //http://www.energomash.ru

16. Норенков И.П., Кузьмик П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. СALS-технологии-М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2002.-320с.: ил.

17. Норенков И.П. Разработка систем автоматизированного проектирования. Учебник для вузов.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана.-1994.- 207 е., ил.

18. Черняк JI. PLM не роскошь, а необходимость./Юткрытые системы,2003. №6

19. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. Учебник для вузов.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана.-2002.- 336 с., ил.

20. Овсянников М.В., Шильников П.С. От концепции CALS к виртуальным логистическим системам // Программные продукты и системы, 1998.- №3

21. Дубова Н. Автоматизация: от идеи до утилизации // Открытые системы, 2003. №6

22. Колесников С. Новый ландшафт систем автоматизации // Открытые системы, 2003. №6

23. Чейз Р., Эквилайн Н.Д., Якобе Р.Ф. Производственный и операционный менеджмент, 8-е издание.: Пер. с англ.: М.: Издательский дом «Вильяме», 2001.-704 е.: ил.29. http://cals.ru

24. ГОСТ Р ИСО 10303-1-99. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. 4.1. Общие представления и основополагающие принципы.

25. ГОСТ Р ИСО 10303-11-2000. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Ч. 11. Методы описания. Справочное руководство по языку EXPRESS-I

26. ГОСТ Р ИСО 10303-21-99. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными.

27. Ч. 21,22. Методы реализации.

28. ГОСТ Р ИСО 10303-41-99. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными.4.41,45. Интегрированные обобщенные ресурсы.34. http://calscenter.com

29. Сайт: http://www.idef.com.

30. Евдокимов А.А., Королев С.Б., Музычук И.А., Сироткин-Я.А. Управление объектами, процессами и ресурсами в среде CAD/CAM/CAE/PDM-систем и ее интеграция с ERP-системой// http://www.mzarsenal.spb.ru/itdept/ conferences/

31. Калянов Г.Н. CASE-технологии. Консалтинг в автоматизации бизнес-процессов. -3-еизд. — М.: Горячая линия-Телеком, 2002.-320с.:, ил.

32. Компьютерно-интегрированные производства и CALS-технологии в машиностроении. Под ред. Б.И. Черпакова. М.: ВИМИ, 1999.- 512с.

33. Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. -М.: Наука, 1988.

34. Марка Д., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования / Пер. с англ. М.: МетаТехнология, 1993. -240с.

35. Громов А.И., Каменова М.С. Идеологические стандарты управления вчера, сегодня, завтра // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2001. №3.

36. Афанасьев А.П., Галкин В.И., Лисов А.А., Парамонов Ф.И., Петров А.П. Новые принципы построения и организации автоматизированной системы конструкторско-технологической подготовки производства //Автоматизация проектирования, 1999. №2

37. Гаврилова Т.А., Хорошевский В. Базы знаний интеллектуальных систем. Учебник для вузов, Издательство: Питер, 2000г -384с.

38. Спирли Э. Корпоративные хранилища данных. Планирование, разработка, реализация. Том.1.: Пер.с англ.-М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. -400 е.: ил.

39. Кулон Ж., Сабоннадьер Ж. САПР в электротехнике: Пер.с франц. -М.: Мир, 1988 -208с., ил.

40. Захаревич С.В. Разработка методов и исследование на ЭВМ преобразовательных агрегатов с улучшенными рабочими и аварийными свойствами для электролиза и печей гравитации // Межвузовский сб. науч. трудов, Норильск, 1979, стр 130-137 стр.

41. Л.О.Чин, Пен-Мин Лин. Машинный анализ электронных схем: Алгоритмы и вычислительные методы. Пер. с англ.-М.: «Энергия», 1980. 640с., ил.

42. Дезоер Ч.А., Ку Э.С. Основы теории цепей. «Связь», М., 1976, 286с. с илл.

43. Сешу С. , М.Ю.Рид. Линейные графы и электрические цепи. «Высшая школа», М'.,1971, 448с. с илл.

44. Рожкова О.Н. Информационная система трансформаторного производства ОАО «Уралэлектротяжмаш» как интеграция систем САПР и АСУ// «Энергетика и электротехника»: Сб. трудов науч.-практ. семинара, г. Екатеринбург, 13-16 ноября 2001, с 59-63.

45. Рожкова О.Н. Стратегия «Жизненного цикла изделий» и ее роль в информационной системе // «Энергосбережение»: Сб.трудов науч.-практ. семинара, г. Екатеринбург, 14-17 мая 2002г, с. 40-42

46. Рожкова О.Н., Доросинский Л.Г. Автоматизация системы конструкторской подготовки производства. Анализ проблем и пути их решения. // Науч. тр. конф .молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. Екатеринбург, 2003г, с 166-167

47. Зуев А.А. Технология машиностроения. СПб: Издательство «Лань», 2003.-496с., ил.

48. Крючков А., Евгенев Г. Еще раз о прорывных технологиях автоматизации предприятий // Журнал САПР и Графика, 1998. №5

49. Киселев А.Г. Интегрированная' система управления для промышленного предприятия: учебное пособие. Новосибирск. - 2003г. - 203с.

50. Энгельке У.Д. Как интегрировать САПР/АСТПП./ Пер. с англ. М.: Машиностроение. 1990, 320 с.

51. Грувер М., Зиммерс Э. САПР и автоматизация производства. Пер. с англ. М.: Мир. 1987., 528 с.

52. Хокс Б. Автоматизированное проектирование и производство. Пер. с англ. М.: Мир, 1991,296 с.

53. САПР. Системы CAD/CAM/CAE. READ.ME. С-П.: 1997, № 1 , с. 24-31.

54. Ковальчук Е.Р. и др. Основы автоматизации машиностроительного производства: Учеб. для Вузов М.: Высш. шк.,1999.-312 е.: ил.

55. Вороненко В.П. и др. Проектирование автоматизированных участков и цехов. Учеб. для Вузов М.: Высш. ппс.,2000.-272 е.: ил.

56. Васютович В., Самотохин С., Никифоров Г. Стандарты CALS-технологий. . //Директор ИС, 2001, №2

57. Гольдщтейн Г,Я. Инновационный менеджмент:, учебное пособие. Таганрог:. Из-во ТРТУ, 1998. 132 с.