Особенности проектирования технологических процессов механообрабатывающего производства в условиях импортозамещения

Для современного авиастроения одной из важных и актуальных задач является автоматизация проектирования технологических процессов. Решение данной задачи позволит повысить эффективность технологического проектирования и осуществлять технологическое планирование производственных ресурсов.

Повышение качества разработанного комплекта технологической документации, обеспечение и поддержка актуального состояния исходных данных, хранение комплекта электронной технологической документации (ЭТД) в структурированном виде возможно при помощи систем автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП).

В настоящее время на авиастроительном предприятии АО «Авиастар-СП» выполняется проект «Интегрированная автоматизированная система управления производством».

Целью выполнения данного проекта является сокращение трудоёмкости и цикла технологической подготовки производства за счёт разработки

и применения автоматизированных систем при внутрицеховом планировании, а также формировании и управлении комплектом ЭТД.

Одним из направлений данного проекта является формирование и управление электронными техпроцессами (ЭТП) цехов изготовителей.

ЭТП представляет собой информационный объект, выполненный как структурированный набор данных, имеющий содержательную и реквизитные части, описывающий конструктивно-технологические характеристики и содержащий упорядоченную последовательность взаимосвязанных действий направленных на изменение предмета труда. ЭТП формируется из информационных объектов, хранящихся в базах данных информационной среды предприятия на условиях их автоматической ассоциированной поддержки с информационным объектом, описывающим изделие и его компоненты.

СОСТОЯНИЕ НА ДАННЫЙ МОМЕНТ

В качестве объекта исследования данной работы была выбрана САПР ТП «ТеМП-2». САПР ТП «ТеМП-2» позволяет проектировать технологические процессы с учётом автоматизированного расчёта цикловых графиков сборки изделий, нормирования операций и переходов на основе информации из альбомов норм времени выполнения работ. Данная система интегрирована с PDM-системой предприятия и позволяет хранить технологические процессы в базе данных предприятия в виде дерева операций и переходов, содержащего информацию о применяемом оборудовании, инструменте и оснащении. В основе САПР ТП «ТеМП-2» лежит метод многоуровневого моделирования технологических процессов с использованием электронных макетов изделий, элементов производственной системы и интеллектуальной информационной среды технологического проектирования [1].

Система автоматизированного проектирования технологических процессов «ТеМП-2» основана на применении метода формализации технологических данных [2]. Данный метод заключается в представлении в программном виде алгоритмов проектирования технологических операций и переходов. Первичным структурным элементом информационной среды является базовый технологический модуль (БТМ), который представляет собой модель проектирования однопереходной типовой технологической операции и включает в себя информацию, необходимую для проектирования рабочих операций и переходов в среде «ТеМП-2». Комплексный технологический модуль (КТМ) является совокупностью базовых технологических модулей с общими конструктивными и технологическими признаками в информационной среде САПР ТП «ТеМП-2». КТМ представляет собой модель проектирования типовой технологической операции, состоящей из одного или нескольких переходов.

Алгоритм разработки базовых и комплексных технологических модулей основан на реализованном в виде программы языке формализации технологических данных.

Комплекс работ по разработке БТМ содержит следующие этапы [2]:

• 1)    Разработка перечня типовых технологических операций и переходов. При составлении классификатора видов работ БТМ объединяются в группы по способам выполнения работ.

• 2)    Разработка модели, предназначенной для описания идентификатора, записи решения (текста операции или перехода), факторов нормирования и параметров для расчета технологических режимов, а также ссылки на модели автоматизированного расчета нормы времени.

• 3)    Разработка модели, предназначенной для задания факторов проектирования и содержательной части типового технологического перехода.

• 4)    Разработка модели выбора оборудования и инструмента.

• 5)    Разработка модели выбора инструкции по охране труда.

• 6)    Разработка модели выбора технических требований.

Для формирования модели типовой технологической операции (КТМ) необходимо выполнить следующие работы:

• 1)    Разработка модели запроса вариантов исполнения работ.

• 2)    Разработка модели формирования последовательности технологических переходов в типовой технологической операции.

• 3)    Разработка модели запроса данных для

формирования содержательной части типового технологического перехода.

• 4)    Разработка модели формирования кода и наименования типовой технологической операции.

• 5)    Разработка модели согласования данных по номеру параметра для формирования содержательной части типового технологического перехода.

Для расчета нормативов выполнения технологических операций и переходов в информационной среде САПР ТП «ТеМП-2» производится разработка моделей нормирования. Данная модель представляет собой алгоритм расчета норм времени, основанный на данных, представленных в альбомах нормативно-справочной информации. Данные альбомы содержат таблицы по отдельным видам работ, рекомендации по выполнению работы, расчетные формулы и уравнения, позволяющие сформировать алгоритм для расчета времени выполнения технологической операции или перехода.

Однако, информационное обеспечение и интерфейс САПР ТП «ТеМП-2» ориентированы под специфику агрегатно-сборочного производства (АСП) и производства окончательной сборки (ПОС). В настоящее время возможности САПР ТП «ТеМП-2» не позволяют производить проектирование и управление технологической документацией по всем производствам предприятия.

Технологические процессы цехов основного производства в настоящее время формируются с использованием разработанной на АО «Авиастар-СП» системы «Проект-ТП», либо пишутся вручную. Данные способы не позволяют автоматизировать процессы нормирования работ, управления технологической документацией, хранить ТП в структурированном виде.

С целью повышения конкурентоспособности предприятия возникает необходимость в ведении комплекта технологической документации в электронном виде и осуществления автоматизированного планирования производственных ресурсов.

Для решения поставленной задачи необходимо обеспечить разработку технологических процессов всех производств предприятия в единой системе автоматизированного проектирования технологических процессов.

САПР ТП должна позволять автоматизировать процессы нормирования операций и переходов, хранить ТП в структурированном виде в БД предприятия, использовать единый источник нормативно-справочной информации (НСИ) – систему управления НСИ Semantic и работать в едином информационном пространстве предприятия. PDM-система предприятия должна обеспечивать процессы управления технологической документацией, разработанной в САПР ТП.

Необходимо совершенствование программного обеспечения САПР ТП «ТеМП-2» и раз- работка информационного обеспечения, ориентированного под все типы производства АО «Авиастар-СП».

РАЗРАБОТКАИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Для оценки возможности применения САПР ТП «ТеМП-2» для цехов механо-каркасного и механо-сборочного производств (МКП и МСП) и определения перечня работ и трудоёмкости его совершенствования с учётом информационного взаимодействия с системами предприятия в 2015 году выполнен проект по разработке информационного обеспечения САПР ТП «ТеМП-2» для пилотного цеха.

По предложению заказчика необходимые подготовительные работы были выполнены на примере пилотного цеха механо-каркасного производства, оснащённого оборудованием с ЧПУ.

Целью пилотного проекта являлась подготовка к применению САПР ТП «ТеМП-2» для проектирования технологических процессов цехов МКП за счёт разработки информационного обеспечения для пилотного цеха.

Для достижения данной цели в проекте были поставлены следующие задачи:

• 1)    разработка информационного обеспечения для проектирования типовых технологических переходов пилотного цеха МКП на основе альбомов нормативов времени выполнения работ;

• 2)    разработка информационного обеспечения для проектирования технологических операций

пилотного цеха МКП на основе нормативов времени выполнения работ;

• 3)    разработка моделей нормирования типовых технологических операций и переходов пилотного цеха МКП;

• 4)    разработка методики проектирования ЭТП в САПР ТП «ТеМП-2».

В результате разработано информационное обеспечение САПР ТП «ТеМП-2», необходимое для проектирования электронных технологических процессов пилотного цеха. На данном этапе была отработана методика формирования базовых и комплексных технологических модулей, необходимых для автоматизированного проектирования технологических процессов на базе САПР ТП «ТеМП-2» для пилотного цеха МКП. Это позволит сократить трудоемкость формирования и внедрения информационного обеспечения в цехах-изготовителях авиастроительного предприятия.

При разработке информационного обеспечения применялась актуализированная нормативно-справочная информация, хранящаяся в Master Data Management (MDM) системе «Semantic».

Для наполнения базы данных САПР ТП «ТеМП-2» актуальной НСИ из базы данных ПО «Semantic» было разработано программное обеспечение на основе API функций ПО «Semantic». Интерфейс программы представлен на рис. 1.

Алгоритм работы программы заключается в поиске группы либо позиции инструмента в базе данных ПО Semantic, выгрузке данных в формат MS EXCEL (см. рис. 2) и загрузке данных в БД САПР ТП «ТеМП-2» (рис. 3).

Рис. 1. Окно поиска позиций и групп покупного инструмента

Рис. 2. Окно выгрузки результатов поиска в MS EXCEL

"J Внесение данных вТеМП2          Г^1 ГвП®

Добавить группу | Настройки

я^ Внесение данных в ТеМП2             | о |Пв||^^е|

Добавить группу [ Настройки

Наименование столбца с наименованием В

Н аименование столбца с обозначешем А

Наименование столбца с документом Е

Намиенование столбца с годом документа Е

Записано файлов i ~        1

| Записать I fa^_el

• ♦ ' Режуща инструмент

• < _) Вспомогательный процесс

• ©    Слесарно-монтажный инструмент

О Средства измерения

* Материалы

• V    Оборудование

Операции

Рис. 3. Окна внесения данных из MS EXCEL в САПР ТП «ТеМП-2»

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХПРОЦЕССОВ

Разработана методика проектирования ЭТП в САПР ТП «ТеМП-2» для механо-каркасного производства с применением необходимых технологических данных, хранящихся в автоматизированных системах АО «Авиастар-СП».

Для разработки методики был проведён анализ структуры технологического процесса механо-каркасного производства. Данная структура приведена на рис. 4.

Данная методика позволяет повысить эффективность работы технологов при добавлении новых видов работ в САПР ТП «ТеМП-2» механо-каркасного производства авиастроительного предприятия. Исходя из основных этапов проектирования технологического процесса в рамках данной работы были выделены следующие этапы проектирования ЭТП используя САПР ТП «ТеМП-2»:

• 1.    анализ и заполнение атрибутивной информации ЭТП (масса детали, вид и габаритные размеры заготовки, материал заготовки, серия введения и серия ограничения);

• 2.    формирование маршрута обработки детали;

• 3.    проектирование технологических операций и переходов, заполнение факторов проектирования и нормирования;

• 4.    формирование карты эскизов на основе электронной модели детали;

• 5.    расчет норм времени выполнения операций и переходов;

• 6.    формирование комплекта технологической документации в виде заполненных печатных форм MS EXCEL.

Разработанная методика позволяет обучить технологов навыкам работы в САПР ТП «ТеМП-2», стандартизировать выполняемые при проектировании технологического процесса действия и минимизировать потери времени при переходе в новую среду разработки ЭТП.

Разработанное информационное обеспечение и методика проектирования технологических процессов в САПР ТП «ТеМП-2» были апробированы на основе перевода двух технологических процессов пилотного цеха из бумажного представления в формат САПР ТП «ТеМП-2». Это позволило выявить основные недостатки САПР ТП «ТеМП-2» и сформулировать пути её совершенствования. Выявлена необходимость значительного уточнения и переработ-

Рис. 4. Структура технологического процесса механо-каркасного производства

ки технологических процессов при переводе из бумажного представления в формат САПР ТП «ТеМП-2». Кроме того в ходе реализации пилотного проекта выявились основные сложности встраивания операций, выполняемых на оборудовании с ЧПУ, в структуру технологического процесса. Необходима передача данных о применяемом оборудовании, режущем инструменте и машинном времени из CAM системы в САПР ТП. Интеграция программных операций может быть реализована за счёт применения API функций CAM системы.

ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭТП

В ходе разработки методики и проектирования ЭТП были предложены доработки САПР ТП «ТеМП-2» для его применения в цехах механо-каркасного производства. В частности, необходимо разработать модуль проектирования программных операций, выполняемых на оборудовании с ЧПУ с учетом интеграции данных о машинном времени обработки детали, применяемом режущем инструменте и номерах управляющих программ из CAM системы Siemens NX. В работах [3, 4] описаны способы автоматизации получения данных из CAM системы Siemens NX. В работе [5] описаны способы наполнения библиотек данной системы.

Кроме того необходимо доработать модуль, позволяющий осуществлять автоматизированный расчёт технологических параметров для механо-каркасного производства. Такой модуль должен осуществлять автоматизированный расчет режимов резания и расчет межоперационных припусков.

На основе методики разработаны модели бизнес-процессов проектирования ЭТП «как есть» и «как должно быть» в нотации event-driven process chain (EPC-диаграмма), на которых видны необходимые доработки функционала автоматизированных систем.

Эти работы учтены в техническом задании на автоматизированную систему формирования и управления комплектом электронной технологической документации (АС ФУК ЭТД) в САПР ТП «ТЕМП-2», разработанном в 2016 году. АС ФУК ЭТД предназначена для автоматизированного проектирования в САПР ТП «ТеМП-2» электронных технологических процессов, формирования комплекта технологической документации в электронном и печатном виде, управления (корректировки, согласования, утверждения), хранения комплектов электронной технологической документации по всем производственным переделам для производства детале-сборочных единиц на АО «Авиастар-СП». Структурная схема данной автоматизированной системы представлена на рис. 5.

Создание АС ФУК ЭТД является комплексным проектом, предусматривающим существенную доработку САПР ТП «Темп-2», автоматизированной системы конструкторско-технологической подготовки производства «База данных электронного определения изделия» (АС КТПП «БД ЭОИ»). Кроме того проект предусматривает реализацию интегрированного взаимодействия с АС КТПП «БД ЭОИ», АСУ производственными ресурсами, системой управления НСИ «Semantic» и др.

ВЫВОДЫ

Планируемый эффект от внедрения информационного обеспечения САПР ТП «ТеМП-2» и АС ФУК ЭТД заключается в обеспечении возможности компьютерного проектирования и моделирования технологических процессов,

Рис. 5. Структурная схема АС ФУК ЭТД

обеспечивающих заданные технико-экономические параметры, в том числе проектирование «под заданную трудоёмкость» и «длительность  2.

цикла изготовления изделия», за счет применения технологически обоснованных алгоритмов нормирования времени выполнения работ.

Таким образом, работы, выполненные в 2015-  3.

2016 годах, позволили создать научно-практический задел, позволяющий подготовить НИОКТР по разработке информационного обеспечения САПР ТП «ТеМП-2», разработке автоматизированной системы проектирования и ведения 4. электронной технологической документации по цехам-изготовителям АО «Авиастар-СП» и переводу технологических процессов из бумажного представления в электронный вид.