Автоматизация проектирования элементов конструкций и технологий на базе системы автоматизированного проектирования (САПР) и производства нового изделия на основе гибких производственных систем (ГПС).
Одним из действенных средств улучшения качества НТПП и сокращения времени ее выполнения служит система автоматизированного проектирования. Необходимость ее использования определяется тем, что свыше 50% своего времени проектировщики тратят на рутинную работу. Рутинная работа - это несложная, но объемная работа, связанная с поиском справочных данных, проведением весовых, прочностных и других расчетов, оформлением копий чертежей. Она не является творческой и ее с успехом могут выполнять компьютеры и другие технические средства. В современных условиях использование компьютеров и других технических средств автоматизации труда проектировщиков осуществляется системно, с этой целью и создаются САПР.
Различают САПР-конструктора (САПР-к) и САПР-технолога ( САПР-т) в зависимости от того, какие процессы проектирования автоматизирует САПР: разработку конструкции или технологии.
САПР строится на основе комплекса компьютеров, организованных в виде вычислительной сети, в состав которой также входят:
n диджитайзеры - специальные графические планшеты для ввода информации с чертежей и карт;
n плоттеры (графопостроители), которые используются для вывода чертежей, графиков и других изображений.
Персональные компьютеры, обеспечивающие двухстороннюю связь проектировщика с САПР и указанные выше устройства располагаются на рабочих местах конструкторов и образуют так называемые автоматизированные рабочие места (АРМы) проектировщиков.
Информационная основа САПР - банк данных. Базы данных банка, содержат упорядоченные сведения справочного характера, необходимые для проектирования (в том числе ОСТы, ГОСТы, а также типовые проектные решения и элементы ранее созданных конструкций и технологий). Эту информацию можно использовать как базовую при проектировании.
В составе САПР выделяют:
1. Проектирующие подсистемы.
2. Обслуживающие подсистемы.
Проектирующие подсистемы могут быть как проблемно-ориентированными (например, подсистемы общих видов, подсистемы разработки электросхем и т.д.) или же универсальные (подсистемы прогностных расчетов, весовых, тепловых расчетов).
Обслуживающие подсистемы призваны поддерживать работоспособность проектирующих подсистем. Это подсистемы информационного поиска, подсистемы документирования и т.д.
Использование САПР позволяет:
1. Оптимизировать проектирование на основе многовариантного проектирования и использования моделей.
2. Повысить долю творческого труда проектировщиков за счет автоматизации (передачи ЭВМ) нетворческих работ.
3. Создает условия для унификации и стандартизации проектирования.
4. Автоматизировать и значительно ускорить процессы поиска, обработки и выдачи информации.
5. Повысить качество оформления проектной документации.
6. Сократить сроки проектирования.
Во всем мире (имеются в виду промышленные страны) использованию САПР придают большое значение. Так как их использование позволяет значительно убыстрить темпы НТП.
Так, по данным зарубежной печати, использование САПР даже для больших объектов позволяет сократить сроки проектирования в 2 раза.
За рубежом эти системы достаточно широко используются уже с 70-х годов. Так, самолет «Боинг-747» уже в 1975 году был на 90% сконструирован на базе САПР.
В настоящее время в авиационно-космической промышленности нашей страны широко используется САПР с программным обеспечением Unigrafic, разработанным американской корпорацией Electric Data System (EDS). Этот программный комплекс принят в качестве базового. Внедрено уже более 200 АРМов, в том числе в КБ Сухого более двадцати, в КБ Яковлева - 14, КБ Бериева - 17, Иркутском АПО - 36, Нижнегородском авиационном заводе -24, Казанском вертолетном заводе -16 и т.д.
Другим действенным средством улучшения качества НТПП и сокращения времени ее выполнения служат ГПС.
Гибкие производственные системы (ГПС), по зарубежной терминологии Flexibility manufacturing System (FMS) предназначаются для комплексной автоматизации производственных процессов. Они позволяют автоматизировать не только основной производственный процесс, но и обслуживающие процессы.
ГПС дают рост производительности труда, по зарубежным источникам, в 8-10-14 раз.
Что такое ГПС? ГПС прежде всего характеризуется безлюдной технологией. Обеспечивается это использованием программно-управляемого оборудования, в том числе:
n станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, которые без участия человека под воздействием управляющих программ выполняют производственные операции.
n роботов, автоматически осуществляющих съем и установку деталей со станков и на станки
n автоматических складских транспортных систем и систем комплектации, также работающих без участия человека.
Все эти компоненты находятся под управлением компьютера, который координирует их действия. Пример компоновки ГПС приведен на рис. 12.
В ГПС процесс обработки деталей разделяется на процесс, выполняемый в станочной зоне и внестаночной зоне. В станочной зоне осуществляется собственно обработка деталей. Здесь функции рабочего - станочника берут на себя станки с ЧПУ, промышленные роботы. Человек лишь выполняет функции контроля и обслуживания. Внестаночная зона предназначена для подготовки деталей к обработке на станках. (крепление в приспособления, настройка, комплектация режущего инструмента).
Важнейшая особенность ГПС - гибкость, т.е. способность к быстрой перенастройке на выпуск новых изделий. Это особенно важно для мелкосерийного и опытного производства, доля которого в промышленно развитых странах под воздействием НТП достигла 75-80%. Так как ГПС функционируют на основе программного управления, то при смене объектов производства программы работы его компонент (станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, роботов, транспортных и складских систем) могут быть быстро заменены той системой управления, которая объединяет его компоненты.
Эти свойства ГПС (безлюдность технологии и гибкость) обеспечили им быстрое признание, какого не знало ни одно из направлений развития промышленного производства. Первые ГПС появились в 1968 году, но уже к 1972-75 годам все промышленно-развитые страны (а особенно США и Япония) уже имели программы по созданию ГПС. Так, национальная программа Японии 1975 г. объединяла 10 передовых фирм и на нее было субсидировано 60 млн. долларов.
ГПС во всем мире осознаются как новый вид производительных сил, способных в значительной мере изменить социальный облик общества, а также как новый стратегический фактор в экономической и военной конкуренции между странами.
Ведущие специалисты США в области автоматизации считают, что ГПС - это глобальная концепция современного производства. По их оценке от 40% до 50% производства в развитых странах к 1990 г. (оценка была сделана в 70-е годы) будет осуществляться с использованием ГПС.
ГПС могут быть в различных масштабах.
У нас в стране согласно ГОСТ 21228-84 принята следующая классификация ГПС:
n по оргструктуре
1 уровень - гибкий производственный модуль (станок с ЧПУ+робот)
2 уровень - гибкая производственная линия (участок)
3 уровень - гибкий производственный цех
4 уровень - гибкий производственный завод
n по степени автоматизации
1 уровень - гибкий производственный комплекс (ГПК)
2 уровень - гибкое автоматическое производство, которое включает ряд гибких производственных комплексов, а также обслуживающие его подсистемы (системы) АСНИ, САПР, АСТПП, АСУП, САК и т.д.
ГАП в таком представлении нигде в мире пока еще не реализован и основные работы ведутся на уровне автоматизации ГПК. Это объясняется рядом объективных трудностей, существующих в решении ряда вопросов автоматизации некоторых функций, выполняемых традиционно человеком.
ГПК - гибкая производственная система, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных АСУ и автоматизированной транспортно-складской системой. Она должна автономно функционировать и иметь возможность встраиваться в систему более высокой ступени автоматизации.
В настоящее время подобные производства получили широкое развитие.
Так, по данным НИАТ (1983 г.) уже в 1981 году за рубежом функционировало около 100 комплексно автоматизированных цехов и заводов-автоматов, в США -25, Японии - 26, ФРГ -8, Италии -3, Франции -3, Швеции -2, ГДР -4, ЧССР -3.
Как показывает опыт применения ГПС, область их рационального использования ограничивается следующими условиями: - см. рис. 13.
Рис.13 Области рационального использования ГПС
Использование ГПС дает:
1. Для ГПС требуется меньше
· оборудования в 8 раз
· рабочих в 5 раз
2. Увеличивается пропускная способность в 6 раз, прибыль в 3 раза. В 4 раза уменьшается продолжительность производственного цикла.
Очень принципиальной является необходимость объединения ГПС с САПР, которое обеспечивает эффективность ГПС в мелкосерийном и опытном производстве. В этом случае САПР наряду с выдачей проектной документации должна выдавать программы для станков с ЧПУ и роботов, транспортных и складских систем.
Так, например, при выпуске 100 тыс. Деталей в год с 2-3 разовой повторяемостью понадобится разработать 30-50 тыс. управляющих. программ для станков с ЧПУ и роботов. Получить такой объем управляющей информации можно, естественно, только с помощью компьютеров в недрах САПР.
Важно также объединять ГПС с АСУП. Таким образом ГПС в мелкосерийном и опытном производстве должны работать в составе комплексной, интегрированной производственной системы АСУП-САПР-ГПС. При этом АСУП и САПР являются как бы внешними по отношению к ГПС, обеспечивающими ее необходимой информацией.
Объединение АСУ различных назначений САПР-АСУП-ГПС обеспечивает эффект на порядок больший, чем разрозненное использование этих систем.
Известно, что в машиностроении изделия находятся в непосредственной обработке 5-10% общего времени его изготовления, остальные 95-90% тратятся на различного рода согласования, подготовку технологических процессов и ожидание запуска. Исключение времени на стыках и является главной составляющей эффекта интеграции этих систем. Мировой опыт эксплуатации таких систем подтверждает это.