Имитационное моделирование производственных процессов сборки в мультисистемной программно-информационной среде

зовых для авиационной промышленности, то задача их промышленного внедрения имеет особую актуальность.

Ряд систем успешно эксплуатируется на предприятиях авиационной промышленности (NX, Teamcenter, Vericutи др.), однако применение некоторых модулей вызывает значительные трудности и сдерживает внедрение сквозных процессов. Модуль «редактор технологических процессов (РТП)», реализованный на основе использования шаблонов операций (методология 70-х годов прошлого века), не в полной мере отвечает современным требованиям, предъявляемым к системам интеллектуальной информационной поддержки, поскольку в нем отсутствуют средства для формирования и использования технологической базы знаний.

Поэтому была предложена схема интегрированного программно-информационного комплекса конструкторско-технологического проектирования (рис.1), в котором использованы:

• -    программные продукты компании SiemensPLMSoftware для формирования и ведения различных конструкторских и технологических составов изделия с учетом правил конфигурирования, централизованного хранения нормативно-справочной информации, и моделей технологических процессов, сформированных в различных CAM (CAPP)-системах, формирования технологических процессов верхнего уровня, а также технологических процессов изготовления деталей с использованием специализированных приложений Teamcenter;

• -    программные модули системы ТеМП для проектирования технологических процессов сборки с использованием в качестве исходных данных электронных моделей изделия и элементов производственной среды, сформированных в среде NX-Teamcenter.

  Предварительные решения по технологии и организации производства

  Технологический состав изделия Teamcenter МВОМ 150%

  
  

  IКонвертация \ моделей изделий в ТеМП /

  
  

  (Локальная САРР система проектирования ТПС

  
  

  ТЕМП

  Моделирование и ► проектирование ■ операций и переходов сборки ♦        "

  Информационная среда проектирования сборки

  
  

  Базовые показатели

  проекта

  

  Tecnomatix

  Формирование ТП

  Редактор ТП

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ

  Виртуальное моделирование

  Расчетные показатели варианта соответствуют базовым требованиям

  Конвертациях моделей ТПИ

  МЕР 150% Межцеховые маршруты

  МЕР 100% Межцеховые маршруты

  Однозначные модели технологических процессов

  Анализ показателей технологичности и результатов моделирования

  Проектирование и планирование технологии сборки и изготовления Assembly planning, Part planning

  Конвертациях моделей ТПС

  в ТСМ /

  Расчет показателей технологичности и организации производства Подсистема ФАКТОР

  . Г __ г

  ИЗГОТОВЛЕНИЕ

  Однозначные структуры п ро и зво дет венных подразделений Plant Structure 100%

  Вариантные стркутуры производственных подразделений Plant Structure 150%

  Вариантные модели технологических процессов

  изменению вариантов конструктивнотехнологических и организационных решений (КТОР)

  Расчетные показатели варианта не соответствуют базовым требованиям

  СБОРКА

  ВОР 160% (схемы, маршруты, ЦГ сборки) Технологические операции и переходы

  СБОРКА SOP 100% (схемы, маршруты, ЦГ сборки) Технологические операции и переходы

  
  

  Цифровой макет сборочного производства UGS NX, Factory CAD

  
  
  
  
  

  ^сборочного производства

  
  

  Конвертациях моделей изделий в САРР-системы/

  
  

  Информационная среда проектирования ТП изготовления

  
  

  / Алгоритмические \ ^модели проектирования)

  Локальные САРР системы проектирования ТП изготовления деталей

  Моделирование и проектирование 'операций и переходов изготовления

  

  по технологии

  / Алгоритмические \ модели проектирования) \ изготовления /

  
  
  
  
  

  МР 150%

  Технологические операции и переходы изготовления

  
  

  МР 100%

  Технологические операции и переходы изготовления

  
  

  Виртуальное моделирование процессов изготовления

  

  Цифровой макет обрабатывающего производства UGS NX, Factory CAD

  
  

  MRP/ERP -система планирования и управления производством

  
  

  Передача информации в систему планирования и управления Выпуск электронной технологии еской документации и ее передача в производство

  
  
  
  
  

Рис. 1. Схема взаимодействия элементов интегрированного программно-информационного комплекса

Для реализации комплекса был разработан Портал интеграции систем Teamcenter–ТеМП, обеспечивающий передачу конструкторских данных из TCE в среду ТеМП и технологических данных (моделей технологических процессов) в среду TCE для дальнейшего использования в системах ERP и TECNOMATIX.

Задачу по формированию и ведению базы данных моделей технологических процессов в среде TCE до настоящего времени решить не удалось. Это объясняется целым рядом причин и прежде всего огромным объемом информации, которую необходимо обрабатывать при реальном промышленном внедрении (тысячи технологических процессов, каждый из которых содержит сотни операций и переходов). Поэтому процедуры по подготовке в автоматизированном режиме исходных технологических данных в TCE и их передача в систему TECNOMATIX до настоящего времени не отработаны.

Для обеспечения «быстрого решения» задач по имитационному моделированию производственных систем и процессов разработчиками ТеМП были существенно расширены функциональные возможности системы. При создании системы ТеМП изначально были заложены и реализованы решения, без которых проблему имитационного моделирования реализовать невозможно:

• -    организация процесса технологического проектирования на различных стадиях проекта (эскизного проектирования, рабочего проектирования, технологической подготовки производства);

• -    использование электронной конструкторской модели изделия в качестве исходных данных для проектирования технологических процессов и средств технологического оснащения;

• -    формирование технологических электронных моделей изделий и их использование для моделирования и динамической визуализации технологических процессов;

• -    поддержка методологии многоуровневого вариантного проектирования с использованием интеллектуальной информационной среды;

• -    формирование цикловых графиков (ЦГ) сборки с использованием моделей технологических процессов;

• -    выбор оптимальных конструктивно–технологических решений с учетом экономических факторов на основе расчета и анализа показателей технологичности.

Для комплексной оптимизации сборки изделий авиационной техники необходимо учитывать ряд особенностей современного этапа развития самолетостроения, принципиально меняющих облик производственной системы сборки и оказывающих существенное влияние на организацию технологического проектирования и технико-экономические параметры проекта:

. Применение новых методов и технологий цифрового производства (бесстапельная сборка, базирование по сборочным и базовым отверстиям, реализованным с использованием программно-управляемого оборудования, автоматизированные средства позиционирования при стыков- ке агрегатов, автоматизированная постановка крепежа и др.).

. Планирование и выпуск нескольких типов изделий в различных модификациях и вариантах исполнения под конкретных заказчиков с учетом их индивидуальных требований по конфигурации изделий.

. Использование при разработке директивных технологий концептуальных решений по организации сборочных производств, предлагаемых зарубежными консалтинговыми фирмами.

. Выбор в качестве основного критерия оптимизации сборки технологической себестоимости сборочных работ, при оценке которой необходимо учитывать кроме трудоемкости сборки затраты на проектирование, изготовление и эксплуатацию универсальных и специальных средств технологического оснащения.

Имитационная модель сборочного производства должна обеспечивать возможность отработки и оптимизации производственных процессов в условиях многономенклатурности производства, вариантности конструкции изделий, технологических процессов сборки и производственных ресурсов. Для этого в имитационной модели должны быть реализованы процедуры формирования состояний электронных моделей изделий и элементов производственных систем в заданных временных интервалах[3].

Для реализации методики имитационного моделирования производственных процессов разработан модуль формирования и ведения электронных цикловых графиков, базовый функционал которого позволяет:

• -    формировать цикловые графики в двух основных режимах: директивное задание (например, программу выпуска изделия) и автоматизированное формирование ЦГ на основе расче-

• та циклограмм технологических процессов и их привязкик этапам и подэтапамцикловых графиков определенных производственных конфигураций. Календарный цикловой график производственной программы сборки формируется на основе цикловых графиков сборки серийных номеров изделия;

• -    рассчитывать ресурсы, необходимых для реализации цикловых графиков. При этом определяются необходимые производственные ресурсы, учитывается наличие свободных производственных мощностей, рассчитываются трудовые и материальные ресурсы. Решение этой задачи осуществляется с использованием механизмов жестких (привязанных к определенной дате) и гибких (привязанных к определенному событию) ограничений;

• -    визуализировать производственные процессы на электронной модели (3D-планировке). При перемещении маркера по временной шкале изменяется состояние электронных моделей элементов производственной системы и технологических моделей элементов изделия;

Процесс отработки базового функционала ЦГ осуществлялся на тестовой сборочной единице – консоли крыла, для которой:

• -    сформированы электронная конструкторская модель и ее модификации, схема конструктивно-технологического членения (КТЧ) для базовой конфигурации (рис. 2);

• -    определен состав конструкторских и технологических опционов конфигурирования, а также опционов производственной системы и сформирована матрица вариантов производственных конфигураций (рис. 3);

• -    спроектированы технологические процессы в системе ТеМП;

• -    разработаны (в NX) электронные модели

  

  Электронная конструкторская модель

  Схема конструктивно-технологического членения

  Рис. 2. Электронная конструкторская модель крыла самолета и схема конструкторско-технологического членения базовой модификации

  
  

  Элементы конфигурирования

  

  Схема кооперации

  Вариант 2:

  Завод 100, Завод 200

  Состав производственной системы Вариант2: Клепка панелей на GEMCOR

  сборка НЧК на внестапельном месте кессона

  Рис. 3. Идентификация варианта производственной конфигурации по составу опционов

  
  

  Конструкторские опционы

  Технологические опционы

  Опционы производственной системы

  Код изделия

  Модификация

  Подмодификация

  ктч

  Методы выполнения соединений

  Состав производственной системы

  Схема кооперации

  1

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  2

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  3

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  4

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  5

  ♦

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  6

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  7

  ♦

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  8

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  • I

  9

  •

  •

  •

  •

  •

  —■—

  ■

  10

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  •

  11

  •

  •

  •

  е

  •

  •

  •

  12

  ♦

  •

  •

  4

  •

  •

  •

  
  
  

  Рис. 4. Визуализация производственного процесса сборки

  
  

элементов производственной системы;

• -    сформированы цикловые графики производственного процесса сборки;

• -    выполнена визуализация и отработка циклового графика сборки консоли крыла и входящих в него сборочных единиц (рис. 4).

Система имитационного моделирования изначально разрабатывалась для решения задач по проектированию директивных технологических процессов сборки и выбору конструктивно-технологических и организационно-технических решений сборочного производства на ранних этапах проекта, однако заложенные в нее возможности позволят использовать ее для решения задач производственного планирования и мониторинга состояния производственного процесса, а также процессов конструкторско-технологической подготовки производства.

Внедрение указанных разработок будет осуществляться в рамках выполнения контракта «Развитие интегрированной автоматизированной системы информационной поддержки жизненного цикла воздушных судов гражданской и транспортной авиации на основе электронного определения изделия на примере ЗАО «Авиастар-СП».