автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка модели данных автоматизированной системы управления технической подготовкой многономенклатурного производства

На правах рукописи

005061518

БРЕДИХИН Алексей Вячеславович

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ДАННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКОЙ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

13 ИЮН 2013

Тамбов-2013

005061518

Работа выполнена на кафедре «Компьютерных интеллектуальных технологий проектирования» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежский государственный технический университет».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Чижов Михаил Иванович, ФГБОУ ВПО «ВГТУ», кафедра «Компьютерных интеллектуальных технологий проектирования» доктор технических наук, доцент Дмитриевский Борис Сергеевич ФГБОУ ВПО «ТГТУ», кафедра «Информационные процессы и управление»

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Матвеев Михаил Григорьевич, ФГБОУ ВПО «ВГУ», кафедра «Информационных технологий управления»

ОАО «Научно-исследовательский институт автоматизированных средств производства и контроля», г. Воронеж

Защита диссертации состоится « 2 » июля 2013 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д212.260.01 при ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: г. Тамбов, ул. Советская, 106, Большой зал.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул.Советская, 106, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», ученому секретарю диссертационного совета Д212.260.01.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: г. Тамбов, ул. Мичуринская, д.112.

Автореферат разослан

2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.А.Чуриков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Задача эффективной эксплуатации новых систем управления конструкторской и технологической информацией об изделиях становиться актуальной в процессе модернизации машиностроительных предприятий. Наиболее эффективным для промышленности, на сегодня, является представление информации об изделиях в электронном виде (например, в виде электронных макетов), к чему производство недостаточно подготовлено. Обеспечение связей между электронными моделями и бумажной технической документацией является необходимым условием совершенствования технической подготовки производства. При этом, в условиях многономенклатурного производства многократно возрастают объемы обрабатываемой технической информации, усложняются процедуры управления изменениями. Соответственно, задача совершенствования методов управления средствами автоматизации технической подготовки отвечает требованиям производства.

При решении поставленной задачи необходимо учитывать особенности технической подготовки многономенклатурного производства, готовность предприятия к пересмотру традиционных подходов к ней и создавать условия к эволюционному переходу к современным методам управления технической подготовкой производства.

Современные системы управления инженерными данными предоставляют набор программных инструментов с возможностью адаптации их к задачам предприятия, что повышает эффективность их использования. Данная функция обеспечивается реализацией на их базе индивидуальной модели данных конструкторско-технологической подготовки производства. Анализ известных моделей данных АСУТПП, реализованных на отечественных машиностроительных предприятиях, показал ограниченность их использования для обеспечения технической подготовки многономенклатурного производства технически сложного изделия.

Такой подход необходим для совершенствования теоретических основ формирования информационных связей между объектами конструкторско-технологической подготовки производства в современных условиях. А это, в свою очередь, требует создания программных средств интеграции существующих электронных архивов технической документации и АСУТПП предприятия, а также

нормативно-методологической базы проектирования специального технологического оснащения и технологических процессов изготовления деталей под управлением единой автоматизированной системы управления.

Все вышесказанное определяет актуальность тематики данной работы.

Работа выполнена в рамках научного направления ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике» и в соответствии с Постановлением Правительства России от 9 апреля 2010 г. N 218 "О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства", комплексного проекта «Создание высокотехнологичного производства авиационных агрегатов гражданских самолетов нового поколения с применением концепции гибких производств (гибких производственных систем) для постановки в серийное производство регионального самолета АН-148».

Целью работы является совершенствование методов управления технической подготовкой многономенклатурного производства с использованием специализированного информационного и программного обеспечения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- теоретически обосновать способы управления трудоемкостью технической подготовки многономенклатурного производства при постановке изделия в серийное производство;

- разработать объектно-ориентированную модель современной специализированной системы управления технической подготовкой многономенклатурного производства;

- разработать программный комплекс интеграции электронного архива технической документации и специализированной системы управления технической подготовкой производства;

- разработать и внедрить комплект нормативно-технической и организационно-методологической документации для технической подготовки производства в электронном виде под управлением специализированного информационного обеспечения.

Методы исследования. Работа выполнялась с использованием методологии системно-структурного анализа, теории систем, математического аппарата теории множеств, методов объектно-ориентированной технологии, методов технической подготовки производства, теории организации производства, стандартов ИПИ/САЬБ-технологий.

Тематика работы соответствует научному направлению ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике».

Научная новизна работы. К результатам работы, отличающимся научной новизной, относятся:

- математическая модель управления трудоемкостью технической подготовки многономенклатурного производства, с учетом изменений информации об изделии в процессе его постановки в серийное производство;

- модели специализированного информационного и программного обеспечения управления технической подготовкой многономенклатурного производства с учетом конфигурирования серийных экземпляров изделия;

- методы эксплуатации специализированных систем управления технической подготовкой производства в решении задач разработки технологического оснащения и технологических процессов механической обработки в электронном виде с учетом многономенклатурного характера производства;

- алгоритм реализации обеспечения интеграции электронного архива технической документации и специализированной системы управления технической подготовкой производства с учетом разнородности представлений информации.

Практическая ценность работы состоит:

- в создании и внедрении специализированной системы управления технической подготовкой производства ближнемагист-рального пассажирского самолёта на предприятии ОАО «ВАСО» (г. Воронеж), позволяющей снизить трудоемкость подготовки производства и управления конструкторской и технологической информацией в электронном виде;

- в повышении эффективности и сокращении сроков проектирования технологического оснащения и технологических про-

цессов изготовления с использованием АСУТПП при подготовке производства агрегатов самолетов;

- в создании и внедрении комплекта нормативно-технической и организационно-методологической документации, позволяющего повысить эффективность и сократить сроки внедрения специализированного информационного и программного обеспечения технической подготовки многономенклатурного производства;

- в решении проблемы обеспечении взаимодействия технической документации в бумажном и электронном виде, путем загрузки инженерных данных изделия АН-148 в систему управления технической подготовки производства на ОАО «ВАСО» (АС №2013611415 «Автоматизированное внесение электронного архива конструкторско-технологической документации в систему Театсег^ег»),

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на региональной конференции «Инновационные технологии и оборудование Машиностроительного комплекса» (Воронеж, 2007), II Всероссийской конференции «ИТ - решения для предприятий авиастроительной отрасли» (Москва, 2009), 49 науч.-техн. конф. ВГТУ. Секция «Автоматизированное оборудование» (Воронеж, 2009), Основные разделы диссертации докладывались на научных семинарах кафедр "Автоматизированное оборудование машиностроительного предприятия", «Компьютерных

интеллектуальных технологий проектирования» ВГТУ в 2005-2012 г.г. Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использованы при реализации комплексного проекта «Создание высокотехнологичного производства авиационных агрегатов гражданских самолетов нового поколения с применением концепции гибких производств (гибких производственных систем) для постановки в серийное производство регионального самолета АН-148» (Постановление Правительства России от 9 апреля 2010 г. N 218 "О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства") и внедрены на ОАО «Воронежское акционерное самолетостроительное общество».

На основе результатов работы был создан объект интеллектуальной собственности.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 13-и печатных работах, из них 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, свидетельство на государственную регистрацию программы для ЭВМ. Список печатных работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы и 4 приложений. Общий объем работы составляет 148 страниц текста, в том числе 59 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 95 наименований и приложения на 7 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность решаемой в диссертационной работе научной задачи, формулируется основная идея и научная новизна работы.

В первой главе проведен анализ методологий построения современных специализированных систем управления технической подготовкой производства, определены их функциональные возможности и выделены ключевые требования. Проанализированы известные методы и выявлены проблемы их эксплуатации в задачах разработки средств технологического оснащения и технологических процессов механообработки в электронном виде.

На основе опыта российских и зарубежных машиностроительных предприятий авиастроения по внедрению специализированных систем управления технической подготовкой многономенклатурного производства показаны общие направления и различия в подходах к реализации информационных связей в моделях организации технической информации об изделии, проблемы управления изменениями и серийностью внедрения в производстве.

Общей особенностью построения модели данных специализированной системы управления технической подготовкой является решение на основе инвариантной модели, в которой объекты технической подготовки производства и их описание связаны определенными отношениями:

$(А) = {А, Ф, Я} (1)

где А - объекты системы технической подготовки производства,

Ф - совокупность качественных и количественных свойств, характеризующих объекты технической подготовки, Я - множество взаимосвязей объектов системы, включая иерархическую подчиненность, функциональные и пространственно-временные взаимосвязи. Среди объектов технической подготовки производства выделяют элементы изделия, производственной среды и средства технологического оснащения. Известные модели обеспечивают создание конструкторской и технологической спецификации, технологических процессов изготовления и производственной структуры предприятия, но не учитывают особенности многономенклатурного производства в условиях постановки изделия в серийное производство.

Задача разработки теоретической и нормативно-методологической базы информационного и программного обеспечения процесса технической подготовки многономенклатурного производства в электронном виде в условиях использования единой АСУ является актуальной для современного машиностроительного предприятия.

Вторая глава посвящена построению модели данных специализированного информационного и программного обеспечения технической подготовки многономенклатурного машиностроительного производства.

В процессе технической подготовки изделия (например, агрегатов самолетов) происходит улучшение эксплуатационно-технологических возможностей машины, надежности, технологичности (при изготовлении), стандартизации и унификации, и экономической обоснованности. На каждом этапе подготовки производства необходимо учитывать трудозатраты на обработку и создание информации об изделии в процессе его вывода в серийное производство. Если система управления содержит недостаточно информации или порождает ее избыточность, то она не может характеризоваться как оптимальная. В связи с этим целесообразно определить механизмы, предоставляющие возможность с наименьшими трудозатратами проводить необходимые технические изменения.

С учетом первоначального запуска изделия в производство суммарные ресурсные затраты технической подготовки производства представляются в следующем виде:

Т (2)

1=1 Л=1

где 1 — тип элемента изделия (ДСЕ) из набора к; ci - коэффициент степени управления информацией при проработке 1 - го типа элемента; /> - количество элементов 1- го типа в изделии; -сложность технической подготовки п - го элемента изделия; а -единица затрат.

Сложность технической подготовки многономенклатурного производства характеризуется совокупностью работ конструкторского и технологического этапа проработки и представляется в следующем виде:

5 = (3)

т=1

где С - коэффициент степени управления информацией при конструкторской проработке элемента, / - коэффициент степени управления информацией при технологической проработке элемента, т - этап маршрутной технологии, ,8° - сложность конструкторской, маршрутной проработки и разработки технологического оснащения;

Снижение себестоимости технической подготовки многономенклатурного производства достигается путем снижения трудозатрат по управлению информацией о проведенных изменениях с предоставлением актуальной и достаточной информации для каждого последующего экземпляра изделия.

В этом случае необходимо ввести критерий характера конструкторских и технологических изменений, позволяющий определить необходимость и сложность проработки, а:д'{/,...,/,} - критерий характера конструктивного изменения.^' - критерий

характера технологического изменения, где } - серийный номер изделия из набора 2 изделий.

С учетом критерий характера изменений общие трудозатраты подготовки производства конкретного экземпляра изделия представляется в следующем виде:

т, =«¿(1 + {/....,/})) (4)

/=1 Щ=]

где ] - серийный номер изделия из набора серии из г изделий.

Снижение себестоимости конструкторско-технологической подготовки серийного производства при повышении качества продукции обеспечивается при условии снижения трудозатрат для каждого последующего серийного номера изделия.

ТХ>Т2>...>ТГ, (5)

Математическая модель позволяет выделить ключевые аспекты при построении модели данных системы управления технической подготовкой многономенклатурного производства - управление конфигурациями взаимосвязанных изменений конструкторско-технологической информации по конкретному серийному номеру изделия с учетом критерий характера изменения для каждого компонента конструкторско-технологического процесса.

Применение предложенного механизма достигается путем реализации модели технической подготовки производства в специализированном программном обеспечении.

Выделим следующие классы моделируемых объектов технической подготовки производства Атпп = Ак и Агто и Ат и Апр Б, где Ак - ревизии конструктивных элементов изделия, А(Т() - ревизии элементов технологического оснащения, Ат - ревизии элементов описания технологического процесса изготовления, АП1, - ревизии производственной среды, 8 - множество статусов, характеризующих этапы конструкторско-технологической проработки и серийную применимость моделируемых объектов.

Применяемость изменения компонента технической подготовки к серии внедрения изделия определяется свойством статуса Б. Управление электронными составами компонентов КТПП обеспечивается назначением статуса применимости к каждой ревизии информационного объекта и использования программных инструментов конфигурирования.

В модели данных автоматизированной системы управления технической подготовкой многономенклатурного производства необходимо выделить следующие ключевые элементы:

1. Конструкторский состав изделия, определяющий его конструктивную структуру.

Здесь: Ац = Ак и , - элемент состава изделия, А - отражает конструктивную иерархию объекта, Я2А - функциональная взаимосвязь между объектами конструкции изделия и статусами их применимости в составе изделия, Л3А - взаимосвязь и оположение в пространстве элементов изделия, свойства элементов множества Ац .

2. Технологический процесс изготовления, определяющий маршрут изготовления, состав и описание технологических операций, использование необходимых ресурсов при изготовлении изделия.

(Агпп) = {А.,, Ф, Я1, Л2Г, }; (7)

Здесь: Ат = Аи, и Аш и Аоп и Ап и Аш, и А„ и , где Аш -объект верхнего уровня технологического процесса, А,а - объект описания цехозахода, Аш - объект описания операции, Ап - объект

описания перехода, Бг - технологический статус; Л'7 - отражает иерархическую структуру технологического процесса, в том числе цехозаходов и операций; Я2Т =(Л27о,/г2/,,„<,,Л2;ц,...,/г27.ч) - набор

функциональных взаимосвязей элементов технологического процесса с целевыми элементами изделия, используемыми ресурсами (оборудование, средства технологического оснащения, инструмент, персонал, вспомогательный материал, полуфабрикат и.т.д.), элементов производственный среды (цех, участок). Свойства вхождения элементов в структуру технологического процесса позволяют предоставлять актуальную информацию в зависимости от применяемых правил конфигурирования с учетом серии внедрения.

3. Конструкторско-технологическая спецификация, согласующая в соответствии с конструкторской спецификацией компоненты конструкции сборочного узла и технологические маршруты изготовления. Вхождение технологических процессов в состав характеризуется набором свойств, определяющих принадлежность к технологическим комплектам, совокупность информации о производственном потребителе готового изделия, указание о применимости каждого изменения элемента конструкции и его маршрута изготовления:

(АП1П ) - {А ТП >ф> К\тп' Кгпд }; (8)

Здесь: Аюг = А1.тп и Атп и ., Л(777 - ревизия объекта описания состава технологических процессов, Атп - ревизия объекта описания технологического процесса изготовления, Бт - статус технологического изменения; Я\1П - структура технологических процессов изготовления компонентов сборочной единицы.

Идеология представления взаимосвязей объектов КТПП представлена на рисунке 1.

В третьей главе представлены разработанные методы эксплуатации АСУТПП в задачах управления разработкой технологических процессов и средств технологического оснащения (СТО) с учетом внесения изменений технической информации об изделии в процессе его постановки в серийное производство

Процесс технологической подготовки многономенклатурного производства сопровождается инженерными изменениями. Наиболее трудоемким является прослеживание истории изменений, а также получение актуального состава изделия и связанного с ним технологического процесса на конкретный экземпляр изделия в рамках серии внедрения. Рассогласование между внесенными изменениями в конструкцию изделия и изменениями технологического процесса отражается на эффективности всей подготовки производства.

С учетом предложенной модели данных, управление изменениями технологической информации представляется нами в следующей методике, схематично представленной на рис. 2.

В задаче разработки средств технологического оснащения наибольшая эффективность достигается с использованием твердотельного моделирования. Управление разработкой в едином информационном пространстве предполагает изменение традиционного подхода. При этом в технологической электронной структуре создается рабочая часть, в которой будет осуществляться непосредственно моделирование. Компоненты, входящие в состав СТО представлены в рабочей части как совокупность отдельных геометрических тел. Наряду с компонентами СТО присутствуют и дополнительные геометрические построения, необходимые для обеспечения процесса моделирования.

-а з

о

X

ІЗ

го

О із О -I

X

зо

Э "О

П) ЇЗ

0 н ¡а со із го

1

г

ьа

аз

со рэ X

О О я зо

оз го 5Ї

0 С^

01 го т; н о

и ^

Н Г] =1

Состав изделия

Технологический процесс

Предприятие

ней

ДСЕ

(Кляслификагор)

О Ма гериап •

'О С 1.тчд.ч;>1иы«

"О ИЗЛвПИЯ пки

....... <—**

•И..ГТ,»,, —......1—Г ~'''г'

, в |

Нв'—......... 1

-{ г«ікг»'"н ста».» • [

I і'чінов ? | V ^ -

О Инструмент

О сю

О Оборудование

Рис. 2. Управление одного из объектов системы технической подготовки производства

На завершающей стадии разработки создается точное определение сборочной единицы СТО и размещается в составе технологической структуры. Из точного определения поочередно выделяются геометрические тела с созданием ссылочной геометрии в подготовленных компонентах точного определения. На рисунке 3 представлена схема взаимосвязей в электронном макете при разработке СТО.

Использование ревизий объектов, а также присвоение им статусов с указанием их серийной применяемости позволяет обеспечивать полное соответствие между конструкцией и технологическим

оснащением, значительно снижая вероятность инженерных ошибок и брака на производстве.

Рис. 3. Схема взаимосвязей в электронном макете при разработке СТО

В четвертой главе рассматриваются вопросы внедрения, а также результаты реализации разработанных моделей специализированного программного обеспечения Театсег^ег.

Подробно рассмотрены интерфейсы по управлению изменениями технической информации с использованием статусов и серии применения, разработки технологического процесса изготовления, средств технологического оснащения.

Представлены результаты реинжиниринга и автоматизации рабочих процессов технической подготовки многономенклатурного производства в условиях использования АСУТПП.

Помимо организационных и целеполагающих аспектов внедрения, необходимо наличие в АСУТПП актуальных инженерных данных. К таким данным можно отнести нормативно-справочную информацию, типовые решения, состав изделия, техническую документацию в бумажном и электронном виде.

Интеграция электронных архивов технической документации (ЭТД) и специализированной системы управления технической подготовкой производства реализуется с использованием разрабо-

тайного программного комплекса. (Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2013611415 от 9 января 2013 г.) Схема обеспечения интеграции представлена на рис. 4.

База данных АСУП

Состав изделия:

- Консфуморский cociae

- Технологический состав Справочники:

- С!амдзртные изделии Материалы

- пки

Межцеховой маршрут Материальные нормы

Промежуточная база данных

Файловый архив электронных моделей :

Электронные модели Атрибутивная информация

Утилита загрузки Электронны* моделей

Файловый архив сканированное технической документации

Документация в растровом виде:

- Чертеж*

- Спецификации

-ктс

- ии\пи

• тко. ткпо

- Маршрутные операционные кари*

.Утилита формализации растровых документов

Процедура загрузки

Процедура __загрузки

АСУТПП

. Утилита загрузки

растровых -.„ документов

Процедура _ загрузки

Рис.4. Схема обеспечения интеграции архивов ЭТД и АСУТПП

Анализ трудоемкости технической подготовки агрегата изделия АН-148, проведенный по результатам внедрения разработанной системы управления, показал эффективность реализованных решений - снижена трудоемкость технической подготовки в 1.5 раза. На рис. 5 представлен график распределения трудоемкости технической подготовки при выводе агрегата «Мотогондола» изделия Ан-148 в серийное производство.

Комплексный подход к внедрению автоматизированной системы управления технической подготовки производства позволяет оптимизировать работу конструкторско-технологических служб, повысить качество выпускаемой продукции, снизить издержки и сократить срок выпуска нового изделия на рынок.

В общих выводах приведены результаты работы и основные выводы.

В приложении содержится фрагмент реализованной модели данных в представлении формата хш1, представлены акты использования результатов диссертации.

20000

18000

16000

14000

12000

л ЮООО

¡! 8000

| 6000 ч

4000 2000 0

0 5 10 15 20 25 30 35

Экземпляры изделия

Рис. 5. Распределение трудоемкости технической подготовки при выводе изделия в серийное производство

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Результатом диссертационной работы является совершенствование методов управления технической подготовкой многономенклатурного производства с использованием специализированного информационного и программного обеспечения. Результаты диссертационной работы были использованы при создании информационной системы управления технической подготовкой производства ОАО «ВАСО» (г. Воронеж).

Общие выводы

I. Теоретически обоснован способ управления трудоемкостью технической подготовки многономенклатурного производства при постановке изделия в серийное производство, позволяющий определить ключевые аспекты при построении модели данных технической подготовки для специализированного программного обеспечения.

2. Разработана объектно-ориентированная модель технической подготовки многономенклатурного производства для специализированного программного обеспечения, позволяющая повысить эффективность процесса технической подготовки производства за счет управления связями изменений конструкторско-технологической информации в электронном виде.

3. Разработан метод и программный комплекс интеграции электронного архива технической документации и специализированной системы управления технической подготовкой производства, обеспечивающий наполнение информационной базы специализированного программного обеспечения исходной технической информации об изделии.

4. Созданы и внедрены на ОАО «ВАСО» (г. Воронеж) методы эксплуатации специализированных информационных систем управления технической подготовкой производства в решении задач разработки технологического оснащения и технологических процессов механической обработки в электронном виде, обеспечивающие преемственность электронного и бумажного представления конструкторско-технологической информации об изделии;

5. Разработан и принят к внедрению на ОАО «ВАСО» (г. Воронеж) комплект нормативно-технической и организационно-методологической документации для разработки средств технологического оснащения и технологических процессов изготовления изделия.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Ведущие рецензируемые научные журналы, рекомендованные ВАК

РФ:

1. Бредихин, A.B. Автоматизация управления документацией в системе Teamcenter / A.B. Бредихин, И.Л. Ореховская // Вестник ВГТУ. - 2012. -Т.8. № 12-2.-С. 7-10.

2. Бредихин, A.B. Разработка кастомизированной модели данных Teamcenter / A.B. Бредихин, И.Л. Ореховская // Вестник ВГТУ. - 2012. -Т.8. № 12-2. - С. 11-13.

3. Чижов, М.И. Разработка подхода к автоматизации технологической подготовки производства в системе Teamcenter / М.И. Чижов, A.B. Бредихин, М.Ю. Киянов // Вестник ВГТУ - 2011. - Т.7. № 12-1. - С. 24 - 26.

4. Чижов, М.И. Автоматизация внесения архива конструкторско-технологической документации в систему Teamcenter / М.И. Чижов, A.B. Бредихин, Т.О. Хаустова, H.A. Гирчев // Вестник ВГТУ. - 2011. - Т 7 к» 12-2.-С. 15-17.

5. Чижов, М.И. Управление внедрением информационной системы оптимизации технологических процессов / М.И. Чижов, A.B. Бредихин // Вестник ВГТУ. - 2011. - Т.7. № 12-2. - С. 87 - 89.

6. Чижов, М.И. Проектирование средств технологического оснащения под управлением PLM системы Teamcenter / М.И. Чижов, А В Бредихин // Вестник ВГТУ. - 2012. - Т.7. № 12-1. - С. 37 - 39.

Другие публикации автора:

7. Бредихин, A.B. Общие вопросы внедрения на производстве PDM систем / A.B. Бредихин, М.И. Чижов // Сборник материалов региональной конференции «Инновационные технологии и оборудование машиностроительного комплекса». Воронеж: ВГТУ. - 2007. - С. 41-45.

8. Бредихин, A.B. Взаимодействие бумажной и электронной конструкторской документации на современном машиностроительном предприятии / A.B. Бредихин, М.И. Чижов // 49 науч.-техн. конф. ВГТУ. Секция «Автоматизированное оборудование»: сб. материалов. - Воронеж ВГТУ -2009.-С.62.

9. Бредихин, A.B. Система TeamCenter компании Siemens PLM Software / A.B. Бредихин, М.И. Чижов // Автоматизация конструкторско-технологической подготовки производства в едином информационном пространстве предприятия: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: «ГОУ ВПО ВГТУ» - Воронеж. ВГТУ. - 2010. - С. 23-25.

10. Паринов, М.В. Применение сетевых технологий в управлении технологическими системами / М.В. Паринов, A.B. Бредихин // Инновационные технологии и оборудование машиностроительного комплекса: межвуз сб. науч. тр. Воронеж. - ВГТУ. -2008. - №11. - С. 54-57.

11. Чижов, М.И. Автоматизация подготовки производства с использованием технологии WORKFLOW / М.И. Чижов, A.B. Бредихин // 49 науч.-техн. конф. ВГТУ. Секция «Автоматизированное оборудование»- сб материалов. - Воронеж. ВГТУ. -2009,- С.53.

12. Чижов, М.И. Внедрение PLM технологии на современном машиностроительном предприятии / М.И. Чижов, A.B. Бредихин // 49 науч.-техн. конф. ВГТУ. Секция «Автоматизированное оборудование»- сб материалов. - Воронеж. ВГТУ. - 2009. - С.61.

Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ

13. Автоматизированное внесение электронного архива конструктор-ско-технологической документации в систему Teamcenter : свид-во о гос per. программы для ЭВМ / A.B. Бредихин, Т.О. Хаустова, H.A. Гирчев! И.В. Бугаков. - № 2013611415 ; зарег. в Реестре программ для ЭВМ* 9 января 2013 г. ^

Подписано в печать 24.05.2013. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 80 экз. Заказ № 158

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп., 14

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет»

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ДАННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКОЙ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность: 05.13.06- Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами (промышленность)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Чижов Михаил Иванович

Тамбов -2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В ЗАДАЧАХ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА...........................................................................................................9

1.1 Анализ задач и методов управления технической подготовки многономенклатурного производства.......................................................................9

1.2 Функциональные возможности современных автоматизированных систем управления технической подготовкой.....................................................................17

1.3 Анализ моделей данных автоматизированных систем управления технической подготовкой многономенклатурного производства........................26

1.4 Выводы. Направления исследования.................................................................31

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ДАННЫХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА.............................................................................34

2.1 Определение взаимосвязи представлений конструкторско-технологической информации................................................................................................................34

2.2 Модель управления трудоемкостью технической подготовки производства39

2.3 Модель управления конструкторско-технологической подготовкой многономенклатурного производства.....................................................................42

2.4 Разработка модели данных специализированного программного обеспечения ......................................................................................................................................53

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКОЙ ПРОИЗВОДСТВА...............65

3.1 Управление изменениями технической информации......................................65

3.2 Управление разработкой средств технологического оснащения...................70

3.3 Управление разработкой технологических процессов механообработки.... 75

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ ДАННЫХ СПИЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА.............................................................................79

4.1 Организация процесса внедрения автоматизированной системы управления технической подготовки............................................................................................79

4.2 Разработка концепции создания и развития цифрового

производства...............................................................................................................86

4.3 Автоматизация рабочих процессов технической подготовки многономенклатурного производства.....................................................................99

4.4 Интеграция электронного архива технической документации и специализированной системы управления технической подготовкой производства.............................................................................................................107

4.5 Применение в технической подготовке производства информационной системы управления.................................................................................................116

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ......................................................................................................131

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................132

Приложение А. Фрагмент модели данных в представлении XML........................142

Приложение Б. Свидетельство о государственной регистрации программы для

ЭВМ..............................................................................................................................144

Приложение В. Акт внедрения в опытную эксплуатацию.....................................145

Приложение Г. Реализация результатов работы......................................................148

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Задача эффективной эксплуатации новых систем управления конструкторской и технологической информацией об изделиях становиться актуальной в процессе модернизации машиностроительных предприятий. Наиболее эффективным для промышленности, на сегодня, является представление информации об изделиях в электронном виде (например, в виде электронных макетов), к чему производство недостаточно подготовлено. Обеспечение связей между электронными моделями и бумажной технической документацией является необходимым условием совершенствования технической подготовки производства. При этом, в условиях многономенклатурного производства многократно возрастают объемы обрабатываемой технической информации, усложняются процедуры управления изменениями. Соответственно, задача совершенствования методов управления средствами автоматизации технической подготовки отвечает требованиям производства.

При решении поставленной задачи необходимо учитывать особенности технической подготовки многономенклатурного производства, готовность предприятия к пересмотру традиционных подходов к ней и создавать условия к эволюционному переходу к современным методам управления технической подготовкой производства.

Современные системы управления инженерными данными предоставляют набор программных инструментов с возможностью адаптации их к задачам предприятия, что повышает эффективность их использования. Данная функция обеспечивается реализацией на их базе индивидуальной модели данных конструктор-ско-технологической подготовки производства. Анализ известных моделей данных АСУТПП, реализованных на отечественных машиностроительных предприятиях, показал ограниченность их использования для обеспечения технической подготовки многономенклатурного производства технически сложного изделия.

Такой подход необходим для совершенствования теоретических основ формирования информационных связей между объектами конструкторско-

технологической подготовки производства в современных условиях. А это, в свою очередь, требует создания программных средств интеграции существующих электронных архивов технической документации и АСУ Г1Ш предприятия, а также нормативно-методологической базы проектирования специального технологического оснащения и технологических процессов изготовления деталей под управлением единой автоматизированной системы управления.

Все вышесказанное определяет актуальность тематики данной работы.

Работа выполнена в рамках научного направления ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике» и в соответствии с Постановлением Правительства России от 9 апреля 2010 г. N 218 "О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства", комплексного проекта «Создание высокотехнологичного производства авиационных агрегатов гражданских самолетов нового поколения с применением концепции гибких производств (гибких производственных систем) для постановки в серийное производство регионального самолета АН-148».

Степень разработанности темы работы. Проблемами управления технической подготовки производства посвящены труды многих авторов: Кульга К.С, Цыркова A.B., Самсонова О.С. и.др. В то же время, эти работы не могут быть в чистом виде применены для решения задач управления технической подготовкой многономенклатурного производства, так как в них не рассматриваются проблемы экземплярного конфигурирования конструкторско-технологического состава изделия и разработки моделей данных специализированного информационного и программного обеспечения.

Целью работы является совершенствование методов управления технической подготовкой многономенклатурного производства с использованием специализированного информационного и программного обеспечения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- теоретически обосновать способы управления трудоемкостью технической подготовки многономенклатурного производства при постановке изделия в серийное производство;

- разработать объектно-ориентированную модель современной специализированной системы управления технической подготовкой многономенклатурного производства;

- разработать программный комплекс интеграции электронного архива технической документации и специализированной системы управления технической подготовкой производства;

- разработать и внедрить комплект нормативно-техничес-кой и организационно-методологической документации для технической подготовки производства в электронном виде под управлением специализированного информационного обеспечения.

Методы исследования. Работа выполнялась с использованием методов системно-структурного анализа, теории систем, методов объектно-ориентированной технологии, математического аппарата теории множеств, методов технической подготовки производства, стандартов ИПИ/САЬ8-технологий.

Тематика работы соответствует научному направлению ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике».

Научная новизна работы. К результатам работы, отличающимся научной новизной, относятся:

- математическая модель управления трудоемкостью технической подготовки многономенклатурного производства, с учетом изменений информации об изделии в процессе его постановки в серийное производство;

- модели специализированного информационного и программного обеспечения управления технической подготовкой многономенклатурного производства с учетом конфигурирования серийных экземпляров изделия;

- методы эксплуатации специализированных систем управления технической подготовкой производства в решении задач разработки технологического оснащения и технологических процессов механической обработки в электронном виде с учетом многономенклатурного характера производства;

- алгоритм реализации обеспечения интеграции электронного архива технической документации и специализированной системы управления технической подготовкой производства с учетом разнородности представлений информации.

Практическая ценность работы состоит:

- в создании и внедрении специализированной системы управления технической подготовкой производства ближнемагистрального пассажирского самолёта на предприятии ОАО «ВАСО» (г. Воронеж), позволяющей снизить трудоемкость подготовки производства и управления конструкторской и технологической информацией в электронном виде;

- в повышении эффективности и сокращении сроков проектирования технологического оснащения и технологических процессов изготовления с использованием АСУТПП при подготовке производства агрегатов самолетов;

- в создании и внедрении комплекта нормативно-технической и организационно-методологической документации, позволяющего повысить эффективность и сократить сроки внедрения специализированного информационного и программного обеспечения технической подготовки многономенклатурного производства;

- в решении проблемы обеспечении взаимодействия технической документации в бумажном и электронном виде, путем загрузки инженерных данных изделия АН-148 в систему управления технической подготовки производства на ОАО «ВАСО» (АС №2013611415 «Автоматизированное внесение электронного архива конструкторско-технологической документации в систему Teamcenter»).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на региональной конференции «Инновационные технологии и оборудование Машино-

строительного комплекса» (Воронеж, 2007), II Всероссийской конференции «ИТ -решения для предприятий авиастроительной отрасли» (Москва, 2009), 49 науч.-техн. конф. ВГТУ. Секция «Автоматизированное оборудование» (Воронеж, 2009),, Основные разделы диссертации докладывались на научных семинарах кафедр "Автоматизированное оборудование машиностроительного предприятия", «Компьютерных интеллектуальных технологий проектирования» ВГТУ в 2005-2012 г.г.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использованы при реализации комплексного проекта «Создание высокотехнологичного производства авиационных агрегатов гражданских самолетов нового поколения с применением концепции гибких производств (гибких производственных систем) для постановки в серийное производство регионального самолета АН-148» (Постановление Правительства России от 9 апреля 2010 г. N 218 "О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства") и внедрены на ОАО «Воронежское акционерное самолетостроительное общество».

На основе результатов работы был создан объект интеллектуальной собственности.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 13-и печатных работах, из них 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, свидетельство на государственную регистрацию программы для ЭВМ. Список печатных работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы и 4 приложений. Общий объем работы составляет 148 страниц текста, в том числе 59 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 95 наименований и приложения на 7 страницах.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В ЗАДАЧАХ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1.1 Анализ задач и методов управления технической подготовки многономенклатурного производства

Для машиностроительного предприятия успешный выпуск продукции определяется эффективностью процесса технической подготовки производства. Выделяется несколько составляющих данного вида работ: научно-исследовательская, конструкторская, технологическая и организационно-плановая подготовка производства.

В процессе научно-исследовательской подготовки производства на основе маркетинговых исследований определяются перспективы нового изделия, разрабатываются инновационные решения, обосновываются новые материалы, проводятся исследования и испытания. Исходя из полученных результатов, процесс освоения новой техники переходит в стадию конструкторской подготовки, где основной задачей является разработка нового вида продукции и совершенствование существующей техники.

Готовность к производству разрабатываемых изделий определяется на этапе технологической подготовки производства (ТПП), где решаются задачи по совершенствованию существующих технологий изготовления, разработке средств технологического оснащения для изготовления нового изделия. Обеспечение процесса изготовления определяется рядом организационных и плановых работ, выполняются необходимые изменения производственной и организационной структуры предприятия. Проводятся работы по планированию производства и выделения необходимых ресурсов [1]

Для серийных машиностроительных предприятий основными составляющими процесса технической подготовки производства к успешному выпуску нового изделия являются технологическая и организационно-плановая составляющая.

Технологическая подготовка производства (ТПП) - это совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства [2]. Готовность производства к изготовлению новой техники определяется наличием полного комплекта конструкторской и технологической документации, наличию средств технологического оснащения. По сути, данный этап характеризуется формированием необходимой информации для обеспечения производственного процесса.

На этом этапе закладывается фундамент конкурентоспособности серийного машиностроительного предприятия, так как основной задачей ТПП является обеспечение высокого качества выпускаемой продукции, повышение эффективности использования труда, повышение производительности оборудования и снижение трудозатрат и затрат на использование сырья, материалов и энергии.

Как правило, технологическая подготовка производства занимает значительную часть времени технической подготовки. Успешное выполнение задачи по выходу нового изделия на рынок достигается при сокращении сроков и снижения затрат на технологическую подготовку [3]. По сравнению с зарубежными конкурентами применение на отечественных предприятиях традиционных подходов к организации и обеспечению данного процесса не позволяют в должной степени выполнять эту задачу. Необходимо использовать современные инструменты и подходы, модернизировать принципы работы с информацией об издел�