Учебное пособие Иваново 2018
 Скачать 3.57 Mb.
|
|
Эскизное проектирование служит основанием для технического проектирования, и в его ходе производятся определение и разработка принципиальных технических решений: • выполнение работ по этапу технического предложения, если этот этап не проводится; • выбор элементной базы разработки; • выбор основных технических решений; • разработка структурных и функциональных схем изделия; • выбор основных конструктивных элементов; • метрологическая экспертиза проекта; • разработка и испытание макетов. Этап эскизного проектирования и является собственно проектированием, в отличие от следующего за ним этапа технического проектирования, который часто называют конструированием. Результатом этапа является эскизный проект, который разрабатывают с целью установления принципиальных (конструктивных, схемных и др.) решений изделия, дающих общее представление о принципе работы и (или) устройстве изделия, когда это целесообразно сделать до разработки технического проекта или рабочей документации. На стадии разработки эскизного проекта рассматривают варианты изделия и (или) его составных частей. При разработке эскизного проекта 14 выполняют работы, необходимые для обеспечения предъявляемых к изделию требований и позволяющие установить принципиальные решения. Техническое проектирование. На стадии технического проектирования разрабатывают технический проект изделия с целью выявления окончательных технических решений, дающих полное представление о конструкции изделия, когда это целесообразно сделать до разработки рабочей документации. Задачей технического проектирования является окончательный выбор технических решений по изделию в целом и его составным частям: • разработка принципиальных электрических, кинематических, гидравлических и других схем; • уточнение основных параметров изделия; • проведение конструктивной компоновки изделия и выдача данных для его размещения на объекте; • разработка проектов технических условий на поставку и изготовление изделия; • испытание макетов основных приборов изделия в натурных условиях. При необходимости технический проект может предусматривать разработку вариантов отдельных составных частей изделия. В этих случаях выбор оптимального варианта осуществляется на основании результатов испытаний опытных образцов изделия. Существуют два принципиально различающихся метода проектирования – «cнизу вверх» и «сверху вниз». При проектировании «снизу вверх» конструкция создается аналогично процессу сборки из отдельных деталей и комплектующих, то есть предварительно созданные проекты деталей объединяются в единую конструкцию. При работе в стиле «сверху вниз» сначала создается проект общего вида изделия, затем он последовательно наполняется детализированными проектами его элементов. При разработке технического проекта выполняют работы, необходимые для обеспечения предъявляемых к изделию требований и позволяющие получить полное представление о конструкции разрабатываемого изделия, 15 оценить его соответствие требованиям технического задания, технологичность, степень сложности изготовления, способы упаковки, возможности транспортирования и монтажа на месте применения, удобство эксплуатации, целесообразность и возможность ремонта и т. п. Завершается техническое проектирование этапом выпуска рабочей документации. Рабочая конструкторская документация на изделие включает в себя сборочные чертежи изделия и его сборочных единиц, спецификации, ведомость спецификаций, ведомость покупных изделий, чертежи деталей изделия, программы и методики испытаний, техническое описание и инструкции по эксплуатации изделия. Изначально производится разработка рабочей документации для изготовления и испытания опытного образца. Формирование комплекта конструкторских документов осуществляется в следующей последовательности: • разработка полного комплекта рабочей документации; • согласование ее с заказчиком и заводом-изготовителем серийной продукции; • проверка конструкторской документации на унификацию и стандартизацию; • изготовление в опытном производстве опытного образца; • настройка и комплексная регулировка опытного образца. После изготовления опытного образца проводятся его испытания и доводка. Испытания делятся на предварительные и окончательные. Предварительные испытания проводятся с целью проверки соответствия опытного образца требованиям технического задания и определения возможности его предъявления на окончательные испытания. Предварительные испытания включают в себя: стендовые испытания; предварительные испытания на объекте; испытания на надежность. Окончательные испытания бывают трех типов: государственные, ведомственные или внутрикорпоративные. Они проводятся с целью оценки 16 соответствия требованиям технического задания и возможности организации серийного производства. После отработки документации по результатам серийных испытаний и внесения необходимых уточнений и изменений в рабочую документацию она передается на производство заводу изготовителю. На этом проектный цикл завершается, и начинается производственный. 1.4. Основные типы автоматизированных систем, применяемых на этапах жизненного цикла изделия На всех этапах жизненного цикла имеются свои цели, которые нужно достичь с максимальной эффективностью. На этапах проектирования, подготовки производства и производства нужно обеспечить выполнение требований, предъявляемых к производимому продукту, при заданной степени надежности изделия и минимизации материальных и временных затрат, что необходимо для достижения успеха в конкурентной борьбе в условиях рыночной экономики. Понятие эффективности охватывает не только снижение себестоимости продукции и сокращение сроков проектирования и производства, но и обеспечение удобства освоения и снижения затрат на будущую эксплуатацию изделий. Достижение поставленных целей на современных предприятиях, выпускающих сложные технические изделия, оказывается невозможным без широкого использования автоматизированных систем, основанных на применении компьютеров и предназначенных для создания, переработки и использования всей необходимой информации о свойствах изделий и сопровождающих процессов. Специфика задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла изделий, обусловливает разнообразие применяемых автоматизированных систем. На рис. 1.3 указаны основные типы автоматизированных систем с их привязкой к тем или иным этапам жизненного цикла изделий. Расшифровка аббревиатур названий автоматизированных систем, представленных на рис. 1.3, приведена в таблице 1.1. 17 Рис. 1.3. Основные типы автоматизированных систем Автоматизация проектирования осуществляется с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР). В САПР машиностроительных отраслей промышленности принято выделять системы функционального, конструкторского и технологического проектирования. Первые из них называют системами расчетов и инженерного анализа или системами CAE (Computer Aided Engineering). Системы конструкторского проектирования называют системами CAD (Computer Aided Design). Проектирование технологических процессов выполняется в автоматизированных системах технологической подготовки производства (АСТПП), входящих как составная часть в системы CAM (Computer Aided Manufacturing). Существует ряд САПР, объединяющих в себе функции систем CAD/CAE/CAM. Такие САПР называют комплексными или интегрированными. Более подробную информацию о системах автоматизации проектирования можно найти в главе 8. Для решения проблем совместного функционирования компонентов САПР различного назначения, координации работы систем CAE/CAD/CAM, управления проектными данными и проектированием разрабатываются Проектирование Подготовка производства Производство Реализация Эксплуатация Утилизация CAD CAE CAM PDM SCM MRP-2 ERP CPC MES SCADA CNC CRM IETM PLM 18 системы, получившие название систем управления проектными данными – PDM (Product Data Management). Системы PDM либо входят в состав модулей конкретной САПР, либо имеют самостоятельное значение и могут работать совместно с разными САПР. Таблица 1.1 Виды автоматизированных систем Аббревиатура Полное название Русский аналог CAD Computer Aided Design Автоматизированное проектирование изделий CAE Computer Aided Engineering Автоматизированные расчеты и анализ САМ Computer Aided Manufacturing Автоматизированная технологическая подготовка производства PDM Product Data Management Управление проектными данными о продукте (изделии) PLM Product Life Cycle Management Управление жизненным циклом изделия ERP Enterprise Resource Planning Планирование и управление предприятием MRP-2 Manufacturing (Material) Requirement Planning Планирование производства SCM Supply Chain Management Управление цепочками поставок CPC Collaborative Product Commerce Системы управления данными в интегрированном информационном пространстве MES Manufacturing Execution System Производственная исполнительная система SCADA Supervisory Control And Data Acquisition Диспетчерское управление производственными процессами CNC Computer Numerical Control Компьютерное числовое управление CRM Customer Relationship Management Управление взаимоотношениями с заказчиками IETM Interactive Electronic Technical Manuals Интерактивные электронные технические руководства 19 На большинстве этапов жизненного цикла, начиная с определения предприятий-поставщиков исходных материалов и компонентов и кончая реализацией продукции, требуются услуги системы управления цепочками поставок – Supply Chain Management (SCM). Цепь поставок обычно определяют как совокупность стадий увеличения добавленной стоимости продукции при ее движении от компаний-поставщиков к компаниям-потребителям. Управление цепью поставок подразумевает продвижение материального потока с минимальными издержками. При планировании производства система SCM управляет стратегией позиционирования продукции. Если время производственного цикла меньше времени ожидания заказчика на получение готовой продукции, то можно применять стратегию "изготовление на заказ". Иначе приходится использовать стратегию "изготовление на склад". При этом во время производственного цикла должно входить время на размещение и исполнение заказов на необходимые материалы и комплектующие на предприятиях-поставщиках. В последнее время усилия многих компаний, производящих программно- аппаратные средства автоматизированных систем, направлены на создание систем электронного бизнеса (E-commerce). Задачи, решаемые системами E- commerce, сводятся не только к организации на сайтах Internet витрин товаров и услуг. Они объединяют в едином информационном пространстве запросы заказчиков и данные о возможностях множества организаций, специализирующихся на предоставлении различных услуг и выполнении тех или иных процедур и операций по проектированию, изготовлению, поставкам заказанных изделий. Проектирование непосредственно под заказ позволяет добиться наилучших параметров создаваемой продукции, а оптимальный выбор исполнителей и цепочек поставок ведет к минимизации времени и стоимости выполнения заказа. Координация работы многих предприятий-партнеров с использованием технологий Internet возлагается на системы E-commerce, называемые системами управления данными в интегрированном информационном пространстве CPC (Collaborative Product Commerce). 20 Информационная поддержка этапа производства продукции осуществляется автоматизированными системами управления предприятием (АСУП) и автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП). К АСУП относятся системы планирования и управления предприятием – ERP (Enterprise Resource Planning), планирования производства и требований к материалам – MRP-2 (Manufacturing Requirement Planning) и упомянутые выше системы SCM. Наиболее развитые системы ERP выполняют различные бизнес-функции, связанные с планированием производства, закупками, сбытом продукции, анализом перспектив маркетинга, управлением финансами, персоналом, складским хозяйством, учетом основных фондов и т.п. Системы MRP-2 ориентированы, главным образом, на бизнес-функции, непосредственно связанные с производством. В некоторых случаях системы SCM и MRP-2 входят как подсистемы в ERP, в последнее время их чаще рассматривают как самостоятельные системы. Промежуточное положение между АСУП и АСУТП занимает производственная исполнительная система MES (Manufacturing Execution Systems), предназначенная для решения оперативных задач управления проектированием, производством и маркетингом. В состав АСУТП входит система SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), выполняющая диспетчерские функции (сбор и обработка данных о состоянии оборудования и технологических процессов) и помогающая разрабатывать программное обеспечение для встроенного оборудования. Для непосредственного программного управления технологическим оборудованием используют системы CNC (Computer Numerical Control) на базе контроллеров, которые встроены в технологическое оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ). Системы CNC называют также встроенными компьютерными системами. На этапе реализации продукции выполняются функции управления отношениями с заказчиками и покупателями, проводится анализ рыночной 21 ситуации, определяются перспективы спроса на планируемые изделия. Эти функции возложены на систему CRM. Функции обучения обслуживающего персонала выполняют интерактивные электронные технические руководства IETM (Interactive Electronic Technical Manuals). С их помощью выполняются диагностические операции, поиск отказавших компонентов, заказ дополнительных запасных деталей и некоторые другие операции на этапе эксплуатации систем. Управление данными в едином информационном пространстве на протяжении всех этапов жизненного цикла изделий возлагается на систему управления жизненным циклов продукции PLM (Product Lifecycle Management). Характерная особенность PLM – обеспечение взаимодействия различных автоматизированных систем многих предприятий, т.е. технологии PLM (включая технологии CPC) являются основой, интегрирующей информационное пространство, в котором функционируют САПР, ERP, PDM, SCM, CRM и другие автоматизированные системы многих предприятий. 1.5. Понятие о CALS-технологии CALS-технология (англ. Continuous Acquisition and Lifecycle Support — непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла изделий) – это технология комплексной компьютеризации сфер промышленного производства, цель которой – унификация и стандартизация спецификаций промышленной продукции на всех этапах ее жизненного цикла. Основные виды спецификаций представлены проектной, технологической, производственной, маркетинговой, эксплуатационной документацией. В CALS- системах предусмотрены хранение, обработка и передача информации в компьютерных средах, оперативный доступ к данным в нужное время и в нужном месте. Концептуальная модель CALS представлена на рис. 1.4. Главная задача создания и внедрения CALS-технологий – обеспечение единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до 22 глобальных. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки ее представления должны быть стандартизованными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделенных во времени и пространстве и использующих разные CAE/CAD/CAM-системы. Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем. Рис. 1.4. Концептуальная модель CALS Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в базах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологии CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в НИР и маркетинг Проекти- рование Производ- ство Эксплуа- тация Реализа- ция Жизненный цикл изделия Базовые CALS-принципы Базовые технологии управления данными Базовые технологии управления процессами Интегрированная информационная среда 23 различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т.п. Ожидается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологии CALS. Развитие CALS-технологии в перспективе должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, при которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределен во времени и пространстве между многими организационно автономными проектными студиями. Среди несомненных достижений CALS-технологии следует отметить легкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др. Для обеспечения информационной интеграции CALS использует стандарты IGES и STEP в качестве форматов данных. В CALS входят также стандарты электронного обмена данными, электронной технической документации и руководства для усовершенствования процессов. 24 2. Цели и задачи САПР Средства автоматизации проектирования имеют своей задачей повышение эффективности труда инженеров. В области автоматизации инженерного труда имеется основное производство, связанное с разработкой конструкторских и технологических проектов, а также планов управления, и вспомогательное производство, связанное с созданием и сопровождением собственно программных средств. В этой связи цели компьютеризации инженерной деятельности следует разбить на две группы: основные и вспомогательные. |