автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Совершенствование конструкторско-технологической подготовки производства на основе компьютерных баз знаний и реинжиниринга технических процессов

л г ИГ * ' - л ■ ;

^ / ' к/^ ~ с/ ^ " ^

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «СТАНКИН»

На правах рукописи

УДК 658.681:681.3.067

МЕЛЕШИНА Галина Александровна

Совершенствование конструкторско-технологической подготовки производства на основе компьютерных баз знаний и реинжиниринга технических процессов

(на примере ОАО «Сафоновский электромашиностроительный завод»)

Специальность 05.13.07 Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

Научный руководитель к.т.н., доцент Рыбаков A.B.

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1999

Оглавление

Введение. 4

Глава 1. Общая характеристика процессов конструкторско-технологической

подготовки производства 9

1.1. Роль производства асинхронных двигателей в номенклатуре выпускаемой продукции 9

1.2. Роль и место системы КТПП при производстве АД 10

1.3. Характеристика трудоемкости процессов КТПП 15

1.4. Определение основных направлений работы 22

1.5. Выводы 23

Глава 2. Описание процессов конструкторско - тезделювдмвской подготовки

производства асинхронных двигателей **" 24

2.1. Существующая схема КТПП АД 25

2.2. Функциональный анализ подсистемы расчетного проектирования

26

2.3. Функциональный анализ подсистемы конструкторского проектирования 30

2.3.1. Иерархическая структура АД 30

2.3.2. Этапы процесса конструкторского проектирования АД 31

2.4. Функциональный анализ подсистемы подготовки технологической документации 35 2.4.1. Анализ сложившейся в ОАО "СЭЗ" структуры подсистемы подготовки технологической документации 42

2.5. Функциональный анализ подсистемы проектирования технологической оснастки

43

2.6. Особенности процессов КТПП для несерийной продукции 49

2.7. Обобщение результатов функционального анализа процессов КТПП 60

2.8. Выводы 61

Глава 3. Особенности построения компьютерных баз знаний для КТПП АД 63

3.1. Обзор базы знаний, сложившейся в ОАО "СЭЗ" 63

3.2. Объектно-ориентированный подход к построению баз знаний 69

3.3. Создание модели представления знаний о КТПП АД 74

3.4. Организация разработки и эксплуатации САПИР 83

3.5. Выводы 92

Глава 4. Использование реинжиниринга в организации конструкторско -

технологической подготовки производства АД 93

4.1. Автоматизация как средство компьютеризации существующих процессов 93

4.2. Автоматизация как средство изменения процессов КТПП 97

4.3. Обоснование выбора программного обеспечения КТПП 99

4.4. Совмещенная схема организации процессов КТПП 105

4.5. Функциональный анализ процессов КТПП при совмещенной схеме организации работ 106

4.6. Оценка результатов реинжиниринга процессов КТПП 120

4.7. Выводы 127

Основные выводы и результаты 129

Литература 130

Список сокращений 138

Список плакатов 140

Приложения 141

Введение

Актуальность работы. В процессе создания электрических машин участвуют большие коллективы специалистов различного профиля и квалификации. Постоянное усложнение электрических машин, рост требований со стороны потребителей к их качеству неуклонно ведет к увеличению трудоемкости и затрат на их создание. А это требует развития методов и средств совершенствования и систематизации технических процессов в течение всего жизненного цикла изделия и, в первую очередь, на ранних его стадиях в сфере интеллектуального труда.

Как известно, качество готового изделия во многом закладывается при конструкторско-технологической подготовке производства (КТПП). Основная задача КТПП электрических машин связана с выявлением и разрешением противоречий между функциональными требованиями заказчика, вариантами конструктивных решений и производственными условиями исполнителя. Цена выявления и разрешения указанных противоречий существенно зависит от момента их обнаружения в ходе создания изделия. Поэтому целесообразно большую часть этих противоречий устранять еще на уровне информационной проработки конструкторско-технологических решений.

Процесс создания электрических машин предъявляет достаточно жесткие требования к обработке, хранению и передаче информации как в ручном, так и особенно в компьютерном варианте. Информация должна быть структурирована и храниться так, чтобы ею легко могли воспользоваться как специалисты, участвующие в разработке этого изделия, так и различные программные приложения, задействованные в рамках корпоративной информационной системы предприятия.

Анализ традиционных процессов КТПП электродвигателей указывает на недостаточно высокую упорядоченность и систематизацию интеллектуального труда и, как следствие этого, наблюдается слабая подготовленность производства к работе в условиях информационных технологий. Это, в свою очередь, может привести к потере конкурентоспособности предприятия. Информационные технологии здесь рассматриваются как инструмент поддержки создания и изготовления наукоемкого изделия в условиях постоянного насыщения производства средствами вычислительной техники.

В последние годы наблюдается устойчивый рост потребности промышленности в автоматизированных системах конструкторско-технологической подготовки производства, охватывающих решение задач по всему циклу производства (дизайн, расчеты, конструирование, технологическая подготовка производства, создание программ для станков с ЧПУ и т.д.).

За время активной эксплуатации систем КТПП практически неизбежны серьезные изменения в структуре самой организации, в вопросах экономии средств, сокращении сроков запуска в производство новых изделий и т.д. Все это необходимо учитывать при выборе и разработке системы КТПП.

К настоящему времени и в отечественной, и в зарубежной практике уже достаточно четко определилась общая технология работ по созданию автоматизированных систем [3335, 37].Обзор видов деятельности, входящих в состав этих технологий, приведен в табл. 0.1. Здесь индексом «+» отмечено присутствие тех или иных работ на различных стадиях создания автоматизированных систем. Общая технология создания автоматизированных систем включает в себя 16 типовых работ, обязательное выполнение которых в тех или иных комбинациях необходимо для создания программных приложений.

Таблица 0.1.

Общая технология создания автоматизированных систем_

Виды деятельности ТехПр ТЗ ЭиТП Полный цикл РП

1. Определение области применения, целей и назначения + + + + -

2. Описание объекта проектирования - + + - -

3. Описание процесса проектирования + + + + -

4. Разработка структуры и схемы функционирования + + + + -

5. Разработка альтернативных вариантов и выбор рационального варианта + + + + -

6. Технико-экономическая оценка + + + + -

7. Планирование процесса создания + + + + -

8. Разработка технического обеспечения - - + + +

9. Разработка информационного обеспечения - - + - +

10. Разработка программного обеспечения - - + + +

11. Разработка лингвистического обеспечения - - - + +

12. Разработка математического обеспечения - - - - +

13. Разработка методического обеспечения - - - + +

14. Разработка организационного обеспечения - - + + +

15. Реализация САПР - - - + +

16. Обеспечение использования и развития - - - + +

Роль и место обследования текущей деятельности предприятия при создании автоматизированных систем показано на рис. 0.1. Этапы

Г

р

а

д

и

Ц

и

н

н

о

е

и

Р

о

е

к

т

и

Р

о

в

а

н

и

я

Пёреход к автоматизированному проектированию: - Исследования по сзо&данию АС

Разработка

Эксплуатация АС

1.Объекты и их

свойства

применяемые

к ним

поддер: управл.

2.Технические процессы : -выбор из таблиц; -расчеты; -графическое

редактирование; -диалог.

принимает/ элирует

Система

ав т оматизиров анной

поддержки инженерных решений (САПИР)

7 /¡данные о начальных и конечных свойствах объекта

генерйрует/ использует

3.Описание объекта

проектирования

4.Схема ебует/ процесса

использует проектирования

5.Компьютерное представление нормативно-справочной среды

6. Программно-техническая поддержка

применяемые к ним ^

8.Информационно-логические модули (процедуры, функции, параметрические графические прототипы, блоки принятия решений и т.д.)

Рис 0.1. Роль и место обследования текущей деятельности предприятия при

создании автоматизированных систем Опыт показывает, что инженерный анализ, предшествующий разработке

автоматизированной системы КТПП для конкретного предприятия, должен выполняться при

обязательном участии специалистов, ответственных за традиционное проектирование.

Вероятность успеха создания автоматизированной системы на предприятии возрастает, если

существуют справочники, РТМ, инструкции и стандарты предприятия, регламентирующие

традиционное проектирование, или предприятие прошло сертификацию на соответствие стандартам ИСО 9001.

Специфика процесса создания объекта проектирования в условиях автоматизации КТПП обычно выражается через:

• технические процессы, обеспечивающие решение функциональных задач в рамках автоматизированной системы;

• способы представления результатов;

• наполнение баз знаний нормативно-справочной информацией.

В то же время следующие вопросы создания автоматизированных систем носят значительно более общий характер:

• построение единого информационного пространства КТПП;

• представление знаний об объектах и процессах проектирования на ЭВМ;

• организация переноса деятельности пользователей из традиционной среды в компьютерную;

• организация работы пользователей в среде, использующей компьютерные базы данных и знаний.

Эти вопросы достаточно инвариантны и могут тиражироваться многократно. Именно рассмотрению перечисленных выше вопросов и посвящена настоящая работа.

Целью работы является обеспечение качества выпускаемой продукции, сокращение сроков и снижение затрат на ранних стадиях жизненного цикла изделия при совершенствовании конструкторско-технологической подготовки производства на основе применения компьютерных баз знаний и реинжиниринга технических процессов.

Научная новизна работы заключается:

• в разработке информационно-понятийной модели, используемой при формировании единого информационного пространства КТПП;

• в создании процессно-ролевой модели деятельности технического центра с использованием технических процессов, комплексно охватывающих весь круг вопросов от получения входных проектных данных до разработки и выдачи в производство конструкторской документации на технологическую оснастку, необходимую для изготовления изделия;

• в выявлении и учете закономерностей между проектированием основного объекта и технологической подготовкой его производства;

• в выделении, обосновании и разработке требований к символьной и графической

базам данных и знаний, необходимых и достаточных для выполнения технических процессов в компьютерной среде;

• в систематизации и спецификации деятельности пользователей по КТ1111 АД при работе с компьютерными базами знаний.

Методы исследования. В работе были применены методы объектно-ориентированного анализа, теоретические основы создания электрических машин и оснастки для их производства, использованы принципы информационных технологий и реинжиниринга, при реализации автоматизированной системы применялись CASE -средства.

Практическая ценность работы состоит:

• в создании словаря понятий, охватывающего процессы проектирования АД и технологической подготовки его производства;

• в подготовке требований и спецификаций на технические процессы, необходимых для внедрения компьютерных баз знаний, позволяющих в дальнейшем внедрять системы документооборота при разработке АД;

• в обосновании и выборе программных инструментальных средств для создания баз знаний КТПП АД;

• в подготовке и обосновании тестового набора задач, характеризующего деятельность пользователей при КТПП и служащих для выбора инструментальных средств.

Выполненные в работе исследования послужили информационной основой для реализации системы автоматизированной поддержки инженерных решений (САПИР), обеспечивающей согласованное проектирование асинхронных двигателей и штамповой оснастки. Данная программная система внедрена в ОАО «Сафоновский электромашиностроительный завод».

Работа с 1999г. выполняется в рамках федеральной программы «Производства, технологии и машины будущего».

Апробация. Основные положения и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседании СКИБ факультета МЕУП МГТУ «Станкин», на семинарах, проводимых МГТУ «Станкин» и АО «Топ системы» по теме «Компьютерная подготовка производства» в 1998 - 1999г.г. в г. Харькове, Смоленске и Москве.

1. Общая характеристика процессов конструкторско-технологической подготовки производства

1.1. Роль производства асинхронных двигателей в номенклатуре выпускаемой

продукции

ОАО "Сафоновский электромашиностроительный завод", расположенное в г.Сафоново Смоленской области, является одним из ведущих заводов тяжелой электротехники. С момента своего создания ОАО "СЭЗ" специализируется в производстве машин переменного тока:

- электродвигателей большой мощности - от 30 до 1000 кВт;

- генераторов переменного тока мощностью от 50 до 1000 кВт.

За годы существования завода выпущено десятки тысяч машин. Главным завоеванием акционерного общества является то, что оно сохранило позиции на потребительском рынке и востребовано сегодняшними потребителями. А это практически весь народнохозяйственный комплекс РФ - газовики, нефтяники, металлурги, коммунальщики, строители и т.д.

В обществе создана служба маркетинга, являющаяся "голосом" заказчика, есть технический центр, в составе которого работают опытные расчетчики и конструкторы электрических машин, технологи, конструкторы по разработке технологической оснастки, специального технологического и испытательного оборудования, товаров народного потребления. Производственные мощности ОАО рассчитаны на производство всех узлов электрической машины своими силами. В состав завода входят:

- заготовительное производство с оборудованием для плазменной резки заготовок,

- сварочное производство,

- штамповочное производство с мощными пресс-автоматами,

- механическое производство, оснащенное станками с ЧПУ,

- обмоточно-пропиточное производство с установками для вакуумной пропитки обмоток,

- аппаратное производство,

- сборочное производство,

- участок упаковки готовой продукции,

- транспортный участок.

В ОАО функционирует служба подготовки производства, включающая в себя инструментальный цех и участок нестандартного оборудования, где полностью изготавливается все технологическое оборудование и оснастка, необходимые для выпуска электрических машин, включая мощные многосекционные штампы и пресс-формы.

о

Имея мощную техническую и производственную базу, завод для сохранения прежних и освоения новых рынков сбыта продукции постоянно расширяет и совершенствует номенклатуру выпускаемых изделий. В ОАО "СЭЗ" производится более 700 типов различных электрических машин. В последние годы завод осваивает и довольно успешно продает изделия, ранее не входившие в его традиционную номенклатуру. Это прежде всего асинхронные двигатели (АД) и генераторы с короткозамкнутым ротором мощностью от 30 до 1000 кВт напряжением 380, 6000 и 10000 В, асинхронные двигатели с фазным ротором мощностью от 100 до 400 кВт, напряжением 380 В[93, 94]. Ежегодно доля новой техники составляет 30-35% в объеме реализованной продукции, из которых около 80 % приходится на асинхронные электродвигатели (рис. 1.1).

И Объем реализованной продукции Ш Доля новой техники □ Доля новых АД

Рис.1.1. Диаграмма доли новой техники и доли новых асинхронных двигателей в общем объеме реализованной продукции по годам

Число разработок асинхронных двигателей также достаточно велико. Динамика изменения числа разработок по годам представлена на рис. 1.2.

1.2. Роль и место системы КТПП при производстве АД

Конструкторско-технологическая подготовка производства (КТПП) в ОАО "СЭЗ" представляет собой комплекс технических, организационных и производственных мероприятий по созданию конструкций, разработке технологии и оснастки, освоению выпуска новых электродвигателей, обеспечению ритмичного бесперебойного производства, высокого качества изделий [1,2]. По своему содержанию КТПП асинхронных электродвигателей в ОАО "СЭЗ" состоит из двух основных стадий: конструкторской и технологической, состав которых представлен на рис. 1.3.

Рис.1.2. Динамика изменения числа разработок АД по годам

Рис.1.3. Структура конструкторско-технологической подготовки производства асинхронных электродвигателей в ОАО "СЭЗ"

Для выполнения всего комплекса работ по КТПП создан технический центр (ТЦ). На рис. 1.4 показано место ТЦ в компьютеризированном сертифицированном производств�