Совершенствование автоматизированной системы технологической подготовки производства на основе интеграции данных автоматизированных систем управления различной функциональности

Одним из наиболее динамично развивающихся и востребованных в авиационной промышленности сегментов автоматизированных систем являются системы информационной поддержки процессов жизненного цикла воздушного судна (ИПИ/CALS-технологии), обеспечивающие непрерывность бизнес-процессов авиастроительного предприятия.

В качестве инструментальных средств на каждом этапе жизненного цикла используются соответствующие специализированные информационные системы: системы инженерных расчётов (CAE), системы управления данными об изделии (PDM), системы конструкторского проектирования и моделирования (CAD/CAM), системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП/ CAPP), системы управления ресурсами (ERP/MRP) и т.д. Использование такого количества специализированных информационных систем создает большой поток разнообразной информации и возникает проблема интеграции и систематизации данных.Это следствие использования информационных систем различных производителей, использующие различные аппаратные и программные платформы, имеющие различную информационную архитектуру и т.д.

К современной САПР ТП/ CAPP предъявляются высокие требования к универсальности, комплексности, интегрируемости с существующими на предприятии базами данных и системами, относительной простоте в адаптации и эксплуатации, распространением методики автоматизированного проектирования на различ-

ные виды производств, поддержке технологии “клиент-сервер”.

Совершенствование автоматизации проектирования технологических процессов с применением средств САПР ТП/ CAPP может быть достигнуто за счёт интеграции источников данных и бизнес-процессов, взаимодействующих автоматизированных системам управления различной функциональности.

В табл. 1 предлагается классификация задач интеграции, полученная в результате анализа и выделения общих характеристик[1].

Задачи интеграции производственных информационных систем рассматривались как локальные задачи интеграции и решались в основном созданием интеграционных интерфейсов между системами, нуждающимися в интеграции данных.

На сегодняшний день основные тенденции совершенствования автоматизации проектирования технологических процессов с применением средств САПР ТП/ CAPP направлены на использование новых подходов в области представления данных. Новый подход заключается в реализации объектно-ориентированных методов организации технологических баз данных, СОМ-технологии, открытой архитектуры, основанной на ActiveX компонентах. Иерархия классов, описывающих технологические сущности (операция, переход, оснастка, конструктивный элемент), позволяет реализовать механизмы наследования. Это облегчает доступ к атрибутам объектов из внешних приложений, таких как расчет режимов обработки, припусков, трудовое и материальное нормирование [2]. В результате использования нового подхода можно сделать следующий вывод: развитый API-функционал объектной модели техпроцесса, базирующийся на СОМ-технологии, делает архитектуру САПР ТП/ CAPP открытой для интеграции с любыми

Таблица 1. Классификация задач интеграции

Класс	Задача	Инструмент ы и технологии
Интегра ция пользователей информационных технологий	Еди ная точка доступа к инфор мационным ресурсам (SingleSignOn); Управлени е знаниями (KnowledgeManagement); Организация работы в команде (Collaboration)	Портальн ые техн олог и
Интегра ция данных	Консолидац ия и анализ данных из учетных сист ем; Сбор и по дготовка данных (ExtractTransformLoading, ETL); Управлени е основными данными (MasterDataManagement)	Хранилища данных (DataWarehouse, DW); Сист емы управления основными данными; Инструмент ы ET
Интегра ция информации	Построение сервисно-ориентированной архитектур (SOA, ServiceOrientedArchitecture)	Композитные приложения
Интегра ция приложений	Управлениебизнес -про цес сами (Business Process Management); Обменсообщениями (Enterprise Messaging);	Системыуправлениябизнеспроцессами (Business Process Management Suites, BPMS); Сист емы обмена сообщениям
Интегра ция платформ и стандартов	Организация сетевого взаимодействия оборудован ия; Стандартизация форматов и протоколов взаимодействий	LAN ; Win, Unix, Novell; XML, XSLT, J2EE, SOAP, UDDI, WSDL, HTTP, FTP, JDB

автоматизированными системами жизненного цикла изделия.

В ходе поддержки процессов жизненного цикла изделия система САПР ТП/ CAPPвзаимодействует с такими системами как CAD/CAM/CAE, PDM, ERP. Встает вопрос унификации и стандартизации средств межпрограммного интерфейса, т.е. профилей САПР ТП/ CAPP для информационного взаимодействия программ, входящих в единое информационное пространство. Профилем открытой системы называют совокупность стандартов и нормативных документов, обеспечивающих выполнение системой заданных функций. Так в профилях САПР ТП/ CAPP могут фигурировать язык EXPRESS стандарта STEP, стандарт графического пользовательского интерфейса Motif, унифицированный язык SQL обмена данными между различными системами управления базами данных и т.д.

САПР ТП/ CAPP является интерактивной средой, наполненной базами данных по материалам, сортаменту, оборудованию, технологическому оснащению и прочей справочной информацией. Современные САПР ТП/ CAPP включают расчетные модули по технологическим режимам и нормированию, а также настройку под специализированные формы документов.

Задача интеграции САПР ТП/ CAPP в единое информационное пространство следующая: по заданной модели изделия, выполненной в CAD-системе и на основании НСИ, хранящаяся в PDM, составить план его производства — маршрут изготовления. В этот маршрут входят сведения о последовательности технологических операций изготовления детали, а также сборочных операциях (если таковые имеются); оборудование, используемое на каждой операции, и инструмент, при помощи которого на операциях производится обработка. Обычно технологическая подготовка производства осуществляется в написании технологических процессов на новые изделия, или разработка техпроцессов по уже имеющейся базе типовых технологических процессов. Если говорить об автоматизации написания технологических процессов, то существует два подхода: модифицированный и генеративный. При модифицированном подходе задача САПР ТП/ CAPP-системы состоит в поиске наиболее похожего изделия в существующей базе данных и предъявлению его операционной карты для модификации. При модифицированном подходе широко применяется групповая технология, позволяющая проводить классификации деталей в семейства похожих. Генеративный подход состоит в распознавании у детали типовых конструктивных элементов и применении к ним типовых техпроцессов (токарная обработка, сверление и проч.) При генеративном подходе используются известные методы искусственного интеллекта для распознавания элементов и логического вывода.

На основании обзора и критического анализа различных САПР ТП/ CAPP, предлагается следующий состав основных функций:

• а)    разработка описания техпроцесса изготовления нового изделия;

• б)    разработка описания техпроцесса сборки;

• в)    формирование технологической документации;

• д)    расчёт подетальных и сводных норм времени;

• е)    расчёт подетальных и сводных норм расхода основных и вспомогательных материалов;

• ж)    формирование организационно-технологической схемы потока по изготовлению изделия.

Разработанная интегрированная система на информационном уровне (Рисунок 1) поддерживается единой базой данных (PDM). В ней хранится информация о структуре и геометрии изделия (как результат проектирования в системе CAD), о технологии изготовления (как результат работы системы CAPP) и управляющие программы для оборудования с ЧПУ (как исходная информация для обработки в системе CAM на оборудовании с ЧПУ)

Основу задания на проектирование технологического процесса составляют сведения о детали: описание ее конфигурации, размерных связей, технических требований. Такая необходимая информация хранится PDM системе, которая поступает из CAD системы.

Проектирование ТП начинается с анализа детали. После этого формируется переменная (или входная) информация – информация о детали, для которой необходимо спроектировать ТП. Эта деталь называется текущей. Входная информация может быть представлена в виде кода, таблицы кодированных сведений, машинной графики или на формализованном языке.

Условно-постоянная информация – это информация, необходимая для проектирования ТП, исходя из содержания переменной информации. К этой информации относятся НСИ (сведения о применяемом оборудовании, средствах технологического оснащения, нормативные материалы для выбора режимов обработки и расчета норм времен и т.д.).

При каждом проектировании ТП на разные детали информация о детали, введенное для проектирования ТП, будет разной. Поэтому эту информацию и назвали переменной. Информация об оборудовании и оснащении при проектировании ТП на разные детали меняется гораздо реже, хотя тоже может измениться. Потому она называется условно-постоянной.

Наиболее очевидной способ обеспечения связи между данными в различных приложениях – построение всех систем на базе единой НСИ (MDM). Правильно спроектированная система НСИ обеспечивает легкую интеграцию информации из любых систем, так как исключает проблемы, связанные с низкой целостностью данных. Однако на практике так бывает редко, и каждая система имеет свой состав справочников НСИ. Задача обеспечения их взаимоувязки достаточно сложна и не только с точки зрения программной реализации. Часто проблема заключается в том, что различные системы оперируют с различной структурной моделью производственной системы. Различают полностью централизованную, частично централизованную, децентрализованную с консолидацией в единой системе схемы построения. В некоторых случаях даже целесообразно строить НСИ на основе древовидных структур каталогов типа DAP (DirectoryAccessProtocol), например на основе LDAP (LightweightDAP) или «полновесного» варианта X.500. [3]

Переменная информация о деталях, на которые проектировались или будут спроектированы ТП, хранится в базах данных деталей.

Условно-постоянная информация может храниться в базах данных и в базах знаний. Ее выбор и решение других задач проектирования может выполняться по разработанным технологами алгоритмам.

Необходимой информацией для проектирования ТП являются сведения о парке металло-

Рис. 1. Схема интеграции CAPP

обрабатывающего оборудования на предприятии, технических характеристиках станков, режущем, вспомогательном и измерительном инструментах, станочных приспособлениях, заготовительном производстве, ГОСТах, нормалях, всех необходимых руководящих и нормативных материалах. При автоматизированном проектировании необходимо организовать информационно-справочную базу данных, которая могла бы обеспечить процесс проектирования необходимой справочной информацией.

Выходная информация, результат проектирования для САПР ТП/ CAPP - это описание технологического процесса. Согласно ГОСТ 3.1121 – 84 к технологическим документам относятся графические и текстовые документы, которые отдельно или в совокупности определяют технологический процесс изготовления или ремонта изделия, включая контроль и перемещения, комплектацию деталей, сборочных единиц, материалов, оснастки. Применяемые формы технологических документов должны соответствовать ГОСТ 3.1130 по размерам форматов и параметрам графики, с учетом реальных возможностей печатающих устройств и форматов листов.

При разработке технологических процессов с применением САПР ТП/ CAPP допускается применение форм технологических документов отличных от форм, приведенных в ГОСТ серии ЕСТД, при условии наличия в них всей регламентированной соответствующими ГОСТ информации. Допускается отличие текстового изложения информации в документах, разработанных с использованием программного обеспечения, обусловленное особенностями ПО, от изложения в документах, разработанных рукописным способом.

Основные технологические документы подразделяют на документы общего и специального назначения.

Документы общего назначения – технологические документы, применяемые в отдельности или в комплекте документов на технологические процессы (операции), независимо от применяемых технологических методов изготовления или ремонта.

К документам общего назначения относятся:

• а)    титульный лист;

• б)    карта эскизов;

• в)    технологическая инструкция.

Документы специального назначения – документы, применяемые при описании технологических процессов и операций в зависимости от типа и вида производства и применяемых технологических методов изготовления или ремонта изделия.

К документам специального назначения относятся:

• а)    маршрутная карта;

• б)    карта технологического процесса;

• в)    карта типового (группового) технологического процесса

• г)    операционная карта;

• д)    карта типовой (групповой) операции;

• е)    карта технологической информации;

• ж)    комплектовочная карта;

• и)    технико-нормировочная карта;

• к)    эталон технологического паспорта;

  ФорЛЕфЗЕЗЕШе таяв лита е атак дж^теЕтщи

  

  Рис. 2. Функциональная схема CAPP-системы

  рафабоака описана: техпроцесса IGDZiTiT ЛНЕИАбфКЕШПЕОГО Есдепш

  Данные по расход оосшых -                       Et

  EcnijMjrYreiiiHhix JiTxreptaiLiE

  "--рС^ГТТЖеТЕПЕТИТт--- се одних юрярашода ООСОВЕШХ КЕ|=П|Т|ТйГП*ЛЬНЬЕ<

  ._______мчачп^урЕ________.

  
  

  Ф фМЕР СЕ ШЕИ фПНЕВ щиЖЕО -техно jdtmh е скси сеемы патока

  
  

  расч ет пидеталыых и СВОДНЫХ ЕСфМ

  
  

• л)    карта наладки;

м) ведомость оснастки;

• н)    ведомость оборудования;

• о)    ведомость материалов и др.

Кроме технологической документации выходной информацией САПР ТП так же являются управляющие программы для станков с ЧПУ, трудоемкость изготовления изделия и расход материалов.

Процесс автоматизированного проектирования базируется на множествах типовых решений и алгоритмах их выбора. Их описание хранится в самой системе САПР ТП/ CAPP и в ее интеграции нет необходимости, так как в других подсистемах единого информационного пространства она не используется.

Руководствуясь вышеприведённым анализом данных и анализом функциональности разработана обобщённая функциональная модель САПР ТП/ CAPP системы (рис. 2).

Совершенствование автоматизированной системы технологической подготовки производ- ства на основе интеграции данных автоматизированных систем управления различной функциональности позволит повысить качество изготовления и сократить время на подготовку производства и выпуск ВС.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках ГК № 07.514.11.4131.