Девжеева Т.Г. 1 , Калинкин А.К. 2
1 Старший преподаватель, 2 старший преподаватель, Альметьевский государственный нефтяной институт.
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ
Аннотация
В статье рассматриваются возможности CAD/CAM/CAE-систем в машиностроении, которые позволяют сократить срок внедрения новых изделий, а также оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции, повышая, тем самым, ее конкурентоспособность.
Ключевые слова: система автоматизированного проектирования, технологический процесс, управляющая программа.
Devzheeva T.G. 1 , Kalinkin A.K. 2
1 A senior teacher, 2 a senior teacher, Almetyevsk State Oil Institute
RELEVANCE OF APPLICATION OF INFORMATION TECHNOLOGIES IN MECHANICAL ENGINEERING
Abstract
In article possibilities of CAD/CAM/CAE systems in mechanical engineering which allow to reduce the term of introduction of new products are considered, and also have essential impact on the production technology, allowing to increase quality and reliability of products, increasing, thereby, its competitiveness.
Keywords: system of the automated design, technological process, the operating program.
Успешная деятельность различных предприятий во многом зависит от их способности накапливать и перерабатывать информацию. Сегодня без компьютерной автоматизации уже невозможно производить современную конкурентоспособную технику. САПР в машиностроении используется для проведения конструкторских, технологических работ, работ по технологической подготовке производства. С помощью САПР выполняется разработка чертежей, производится трехмерное моделирование изделия и процесса сборки, проектируется вспомогательная оснастка, например штампы и пресс-формы, составляется технологическая документация и управляющие программы (УП) для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), ведется архив. Современные САПР применяются для сквозного автоматизированного проектирования, технологической подготовки, анализа и изготовления изделий в машиностроении, для электронного управления технической документацией. Объединение САПР с автоматизированной системой управления предприятием (бухгалтерский учет, экономический анализ и прогноз, вопросы материально-технического снабжения, управление складами, планирование и диспетчеризация производственных процессов) позволяет создать единый информационный комплекс.
Задача современного производства – это как можно быстрее выдать готовый продукт при минимальных затратах. Появление какого-либо изделия можно представить в виде:
- Первый уровень – формируется объект, обладающий рядом свойств.
- Конструкторско-технологический уровень – объект формируется окончательно, происходит его разработка с точки зрения конструктора и технолога.
- Производственный уровень – это реальное воплощение объекта, подготовка оснастки для его производства.
- Последний уровень – выдача заказа.
Со второго и третьего уровня происходит пополнение базы конструкторских и технологических решений, оттуда же берутся уже готовые решения, когда-то отработанные и проверенные, либо какие-то решения отвергаются как заведомо невыполнимые, убыточные.
Но это, идеальная схема. На деле, в данной схеме возможны многочисленные обратные связи. Основная проблема – это недостаток информации об объекте производства и/или ее неверное истолкование, а также большие затраты времени на обработку этой информации. Одно из средств, позволяющих сильно сократить время проектирования – это САПР.
Технология CAD/CAM/CAE призвана обеспечить ускорение и упрощение процесса производства. Данная технология направлена на избежание ошибок при управлении сложным циклом разработки и производства детали, учитывает многие факторы, которые ранее не учитывались из-за сложности расчетов.
Существуют множество самых разных САПР, как похожих друг на друга, так и весьма отличающихся. В основном существует такая классификация пакетов САПР :
- Тяжелые САПР. Обеспечивают полный цикл проектирования от разработки внешнего вида, до подготовки документации и разработки управляющих программ. Такие САПР – это Unigraphiсs, CATIA, Pro/Engineer.
- Средние САПР. Полного цикла не обеспечивают, обычно имеют провалы в цепи проектирования. Из российских производителей среднего САПР наиболее широко известны фирма «АСКОН», САПР «Компас», и фирма «Топ-системы», которая разрабатывает САПР Т-flex.
- Легкие, или т.н. «специализированные» САПР, которые решают только узкие задачи проектирования – например, только проектирование кулачков или пресс-форм. В качестве примера можно привести продукцию фирмы Delcam, которая никак не может обеспечить полный цикл проектирования, но зато обеспечивает создание управляющих программ для фрезерных станков с ЧПУ. Из российских вариантов специализированного САПР можно выделить ГЕММУ и ADEM.
Все САПР основываются на представлении каким-либо образом объектов производства: двухмерный чертеж; трехмерная модель; математическая модель объекта; готовая деталь.
Наибольшее распространение сейчас получили трехмерные модели – как наиболее простые и функциональные, исключающие возможность двойного толкования и удобные в построении. Но математическое моделирование все больше и больше распространяется в мире, уже многие САПР, в основном тяжелые, работают именно с математическими моделями.
Разные САПР создаются для решения разных задач, причем весьма отличающихся друг от друга. И соответственно отличается их идеология, способы построения объектов, требуемое программное обеспечение. Иметь на производстве несколько типов разных САПР нецелесообразно. Особенно, если существуют трудности с импортом-экспортом моделей. Например, конструкторский отдел использует Mechanical Desktop, и создает чертежи в формате AutoCAD, а технологи работают с t-flex ЧПУ. В данном случае t-flex не может правильно интерпретировать файлы AutoCAD, а возможности в Mechanical Desktop по переводу данных в формат t-flex фирма AutoDesk не предусмотрела.
Потому САПР внедряют для всего производства сразу и к каждому САПР разрабатываются самые разнообразные модули.
Например, использование программного модуля на базе Инвариантного постпроцессора IPP, предназначенного для преобразования файла траектории движения инструмента и технологических команд в файл управляющей программы, адаптированной к конкретному комплексу «станок-система ЧПУ», позволяет инженеру-технологу формировать УП, не зная языка программирования.
При проектировании и изготовлении изделия в условиях конкуренции модульная структура САПР позволяет: виртуально испытывать и как можно быстрее разрабатывать модели, отрабатывать технологию, исключать многие ошибки; технология CAM позволяет быстро изготовить различные детали; CAD – спроектировать новые конструкции.
Рассмотрим на примере детали типа «импеллер» эффективность применения модуля CAM системы Sprut-Технология . Такие детали изготавливаются методом копирования. Оборудование, на котором производится обработка, морально устаревает и предлагается его замена на современный 5-ти координатный обрабатывающий центр. В связи с этим, необходим расчет траектории при фрезеровании криволинейных поверхностей на станках с ЧПУ.
Суть работы в CAM системе сводится к определенному алгоритму действий. Технолог должен задать обрабатываемую модель и общие требования к процессу обработки, такие как высота гребешка, максимальный угол врезания, способы подхода и т. п. По введенной информации система автоматического программирования рассчитает оптимальную траекторию с учетом кинематики станка и крепежной оснастки.
Работа начинается с загрузки в SprutCAM 3D модели детали, которую необходимо обработать. В качестве оборудования для обработки выбран 5-координатный обрабатывающий центр MIKRON UCP 600 Vario.
Обработка детали будет происходить в три этапа. Вначале необходимо выбрать большую часть материала между стенками лопаток. Если пользоваться стандартными методами задания рабочих зон система не будет понимать, что именно от нее требуется. Для решения этой задачи необходимо правильно обозначить область обработки, для чего проецируем на плоскость YX границы межлопаточного пространства (рис. 1).
Рис.1. Проекция границ межлопаточного пространства
Затем в режиме 2D редактора достраиваем область обработки, полностью включающую в себя межлопаточное пространство. Выполнив это, мы обеспечиваем абсолютные гарантии того, что обработка будет производиться только в заданной области.
Далее задаем ряд параметров: режущий инструмент, нижний уровень, шаг по Z, радиальный и осевой припуски. Выполнив вышеперечисленные действия, мы получим удовлетворяющую нас траекторию черновой выборки межлопаточного пространства.
Одним из плюсов SprutCAM является возможность размножения траектории по оси различными методами.
Следующим этапом будет чистовая обработка самих лопаток. Для этого необходимо выбрать все поверхности, образующие стенки лопаток и описать их как направляющие поверхности в виде изолиний с шагом 0,2. В результате мы получим траекторию, огибающую контур лопатки, изменяющуюся с шагом по Z на 1 мм (рис. 2).
Рис.2. Траектория чистовой обработки боковой поверхности лопатки
Заключительным этапом является обработка дна межлопаточного пространства. Благодаря возможности копирования параметров операций, мы указываем те же параметры, что и в первой операции, и система сама просчитает, что необходимо доработать. В нашем случае это будет дно межлопаточного пространства.
Таким образом, использование системы SprutCAM для расчета управляющих программ обработки деталей, позволит в кратчайшие сроки организовать изготовление импеллера c учетом требуемого качества и трудоемкости обработки.
Литература
- Левин В.И. Информационные технологии в машиностроении / В.И.Левин. – М. : Издательский центр «Академия», 2013. - 272 с.
- Матвеев В.Н. Повышение эффективности станков с ЧПУ путем создания программных модулей / В.Н. Матвеев, Е.И. Егорова // Материалы научной сессии по итогам 2003 г. – Альметьевск: АГНИ, 2004. – С.25.
- СПРУТ – технология [Офиц. сайт]. URL:http://www.sprut.ru /(дата обращения: 10.11.2014).
References
- Levin V.I. Informacionnye tehnologii v mashinostroenii / V.I.Levin. – M. : Izdatel’skij centr «Akademija», 2013. - 272 s.
- Matveev V.N. Povyshenie jeffektivnosti stankov s ChPU putem sozdanija programmnyh modulej / V.N. Matveev, E.I. Egorova // Materialy nauchnoj sessii po itogam 2003 g. – Al’met’evsk: AGNI, 2004. – S.25.
- SPRUT – tehnologija . URL: http://www.sprut.ru / (data obrashhenija: 10.11.2014).
Машиностроение – одна из тех отраслей, где ИТ внедряются полным ходом на большей части предприятий. ИТ участвует во всех областях промышленности: планирование, учет материальных и товарных ценностей, непосредственное управление производством и многие другие внутренние процессы, характерные для машиностроительных предприятий. Применение информационных технологий и автоматизация производственных процессов, столь высокие в этой отрасли по сравнению с другими, объясняется в первую очередь высокой конкуренцией. Совершенствование и автоматизация способов и методов производства и является гарантией успешности предприятия.
Конечная цель ИТ-проектов автоматизации производства очевидна и связана с необходимостью не только получать на любом уровне оперативную и актуальную информацию для принятия эффективных и своевременных решений, но и заботиться о снижении себестоимости и улучшении качества продукции, а также об оптимизации производства. Прежде многие ИТ-задачи решались собственными силами, при этом квалифицированных кадров, способных разобраться с пробелами автоматизации в целом, не хватало - в результате автоматизация проводилась локально, то есть компьютеризировались лишь отдельные рабочие места, остальные же сотрудники действовали по старинке. Сегодня же для решения комплексных задач автоматизации машиностроительных предприятий применяются такие продукты, как "1С", "Компас", "Парус", SiteLine, "Галактика ERP", IFS Applications, а также бизнес-решения Microsoft, SAP и Oracle.
Решения для проектирования и дизайна, используемые в различных отраслях промышленности, включая машиностроительную, электромеханическую, автомобильную производство промышленного оборудования и потребительских товаров. Многие продукты основаны на технологии цифровых прототипов. К решениям этого сегмента относятся: Autodesk Inventor, продукты семейства Autodesk Alias, AutoCAD Electrical, AutoCAD Mechanical, Autodesk Vault и др.
Autodesk Inventor - базовое решение на основе параметрического 3D моделирования для промышленности. Программа позволяет проектировать, визуализировать и моделировать различные трехмерные объекты в цифровой среде. В результате получается так называемый «цифровой прототип», свойства которого полностью соответствуют свойствам будущего физического прототипа вплоть до характеристик материалов.
AutoCAD Mechanical и AutoCAD Electrical - cпециализированные решения для промышленности на основе AutoCAD, предназначенные для проектирования механических и электрических систем соответственно. Содержат дополнительные инструменты и библиотеки компонентов, ориентированные именно на использование в машиностроительных отраслях.
Autodesk Showcase - продукт, предназначенный для создания трехмерных визуализаций на основе данных САПР.
Аutodesk SketchBook Pro - приложение для рисования и черчения, разработанное специально для использования с цифровыми планшетами и планшетными ПК.
Autodesk Alias - семейство программ (Alias Sketch, Alias Design, Alias Surface и Alias Automotive), предназначенных для моделирования поверхностей и дизайна внешнего облика промышленных изделий сложной формы.
Autodesk Algor Simulation и Autodesk Moldflow - инструменты для расчета и моделирования деталей и сборок конструкций на основе цифрового прототипа, а также процесса их литья.
Autodesk Vault - семейство программ (Vault Manufacturing и Vault Workgroup) на основе технологии цифровых прототипов для управления проектами в рабочей группе.
Autodesk Inventor Publisher - решение, предназначенное для создания технических инструкций и документации на продукцию на основе того же цифрового прототипа, что был использован в ходе проектирования.
ИТ используют не только при проектировании изделия и разработках тпп, но и в управленческой структуре, бухгалтерии и управление персоналом. Так широко используют отраслевые ERP (планирование ресурсов предприятия ), семейство программ "1С: Предприятие", с помощью которых автоматизируются складские операции, продукты SAP, которая занимается разработкой автоматизированных систем управления такими внутренними процессами предприятия, как: бухгалтерский учет, торговля, производство, финансы, управление персоналом, управление складами, и т. д. Поэтому ИТ в машиностроении являются основополагающими, которые упрощают весь процесс промышленности.
2. Жизненный цикл изделия (продукции) - это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта.
Этот цикл проходит последовательно этапы, которые могут называться по разному, но содержание этапов остается одинаковым. ЖЦИ образуется в соответствии с принципом нисходящего проектирования и носит итерационный характер. Реализованные этапы, начиная с самых ранних, могут циклически повторяться что, из-за изменения требований и/или внешних условий, введения дополнительных ограничений и т.п. приводит к изменениям в проектных решениях, выработанных на более ранних этапах. Применяется по отношению к продукции с высокими потребительскими свойствами и к сложной наукоёмкой продукции высокотехнологичных предприятий.
ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ» РАЗДЕЛ «Информационные технологии» 2 семестр Введение 1. Концепция CALS технологий. Единое информационное пространство 2. Виртуальное предприятие 3. Нормативная база 3. 1. Стандарт ISO 10303 STEP 3. 2. Методология функционального моделирования IDEF 4. Интерактивные электронные технические руководства 5. Вопросы защиты информации 6. Внедрение CALS технологийна промышленных предприятиях
ВВЕДЕНИЕ В настоящее время широкое распространение получили глобальные информационные технологии, называемые CALS технологиями (Continuous Acquisition and Life cycle Support) это непрерывная информационная под держка всего жизненного цикла (ЖЦ) продукции, которая базируется на стандартизации методов представления данных на каждой стадии жизненно го цикла изделия и на безбумажном электронном обмене данными. Кроме этого концепция CALS определяет набор правил, регламентов и стандартов, в соответствии с которыми строится электронное взаимодействие участников процессов проектирования, производства, испытания и т. д. на базе инфор мационного, а не территориального пространства, т. е. создаются виртуаль ные предприятия и конструкторские бюро.
Одной из основополагающих частей CALS идеологии является техно логия хранения и управления данными о продукте PDM технология (Product Data Management), которая позволяет решить указанные выше про блемы путем использования стандартизованного интегрированного описания изделия, которое, в свою очередь, базируется на стандарте ISO 10303 STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data) /ГОСТ Р ИСО 10303 1 99/. Стандарт STEP регламентирует логическую структуру базы данных, номенк латуру информационных объектов, хранимых в базе данных (для различных предметных областей: самолетостроения, машиностроения, автомобиле строения и т. п.), их связь и атрибуты, которые в данном стандарте называют «интегрированными ресурсами» .
Вторым основополагающим методическим аспектом CALS идеологии после PDM технологии является стандартизованная методология функцио нального моделирования IDEF/0 (Integrated Definition for Process Modelling) /регламентируется федеральными рекомендациями США FIPS 183/, кото рая используется для функционального моделирования (анализа и реструкту ризации) процессов управления (бизнес процессов). Методология преду сматривает идентификацию основных пунктов процесса управления, описа ние образования входных элементов каждого пункта процесса под его воз действием в выходные элементы, описание элементов управления процессом (например: график, алгоритм, расписания, рабочая инструкция, стандарт и т. п.), а также, какие механизмы или ресурсы используются для реализации этого пункта процесса.
На сегодняшний день очевидной становится необходимость перехода на безбумажные технологии поддержки процессов эксплуатации и сервисно го обслуживания. Третьим из важнейших компонентов CALS является обес печение персонала эксплуатационной и ремонтной документацией, выпол ненной в электронном виде. Интерактивные электронные технические руко водства (ИЭТР) представляют собой программный комплекс, содержащий взаимосвязанные технические данные, необходимые при эксплуатации, обслуживании и ремонте изделия. Интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР) предоставляют в интерактивном режиме справочную и описательную информацию об эксплуатационных и ремонтных процедурах, относящихся к конкретному изделию, непосредственно во время их проведе ния.
Целью CALS является ускорение вывода на рынок новых образцов про дукции, сокращение затрат на разработку, проектирование и производство, сокращение «стоимости владения» (т. е. совокупности затрат на поддержание в работоспособном состоянии) и улучшение качества на всех стадиях ЖЦ. Внедрение CALS технологий позволяет получить значительные техни ческий и экономический эффекты на основных стадиях жизненного цикла изделий, которые дают возможность повышения конкурентоспособности создаваемой продукции (рис. В 1.)
Таким образом, речь идет о полном, централизованном и постоянном автоматизированном контроле за всей совокупностью данных, описывающих как само изделие, так и процессы его конструирования, производства, экс плуатации и утилизации.
ТЕМА 1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ. Единое информационное пространство Основное содержание концепции CALS технологий, принципиально отличающее ее от других, составляют инвариантные понятия, которые реали зуются (полностью или частично) в течение жизненного цикла изделия (ЖЦИ).
Эти инвариантные понятия условно делят на три группы (рис. 1. 1): 1. базовые принципы CALS; 2. базовые управленческие технологии; 3. базовые технологии управления данными.
К первой группе относят: системную информационную поддержку ЖЦИ на основе использова ния интегрированной информационной среды (ИИС) или единого информа ционного пространства (ЕИП), которое обеспечивает минимизацию затрат в ходе ЖЦ; информационную интеграцию за счет стандартизации информацион ного описания объектов управления; разделение программ и данных на основе стандартизации структур данных и интерфейсов доступа к ним, ориентация на готовые коммерческие программно технические решения (Commercial Of The Shelf COTS), соот ветствующие требованиям стандартов; безбумажное представление информации, использование электронно цифровой подписи; параллельный инжиниринг (Concurrent Engineering); непрерывное совершенствование бизнес процессов (Business Processes Reengineering).
Ко второй группе относят технологии управления процессами, инвари антные по отношению к объекту (продукции): управление проектами и заданиями (Project Management/Workflow Management); управление ресурсами (Manufacturing Resource Planning); управление качеством (Quality Management); интегрированную логистическую поддержка (Integrated Logistic Sup port.) К третьей группе относят технологии управления данными об изделии, процессах, ресурсах и среде.
Так как стратегия CALS предполагает создание ЕИП для всех участни ков ЖЦИ (в том числе эксплуатирующих организаций), то ЕИП должно об ладать следующими войствами: с вся информация представлена в электронном виде; ЕИП охватывает всю информацию, созданную об изделии; ЕИП является единственным источником данных об изделии (прямой обмен данными между участниками ЖЦ исключен); ЕИП строится только на основе международных, государственных и отраслевых информационных стандартов; для создания ЕИП используются программно аппаратные средства, уже имеющиеся у участников ЖЦ.
Стратегия CALS предусматривает двухэтапный план создания ЕИП: 1. автоматизация отдельных процессов (или этапов) ЖЦИ и представле ние данных на них в электронном виде; 2. интеграция автоматизированных процессов и относящихся к ним данных, уже представленных в электронном виде, в рамках ЕИП. Основными преимуществами ЕИП являются: обеспечение целостности данных; возможность организации доступа к данным географически удален ных участников ЖЦИ; отсутствие потерь данных при переходе между этапами ЖЦИ; изменения данных доступны сразу всем участникам ЖЦИ; повышение скорости поиска данных и доступа к ним по сравнению с бумажной документацией; возможность использования различных компьютерных систем для работы с данными.
ЕИП может быть создано для организационных структур разного уров ня: от отдельного подразделения до виртуального предприятия или корпора ции. Информацию, используемую в ходе жизненного цикла, можно условно разделить на три класса: о продукции, о выполняемых процессах, о среде, в которой эти процессы выполняются. На каждой стадии создается набор дан ных, который используется на последующих стадиях (табл. 1. 1). При этом различается и эффект, получаемый от создания ЕИП (табл. 1. 2.).
При реализации стратегии CALS должны использоваться три группы методов, называемых CALS технологиями: технологии анализа и реинжиниринга бизнес процессов набор ор ганизационных методов реструктуризации способа функционирования пред приятия с целью повышения его эффективности. Эти технологии нужны для того, чтобы корректно перейти от бумажного к электронному документообо роту и внедрить новые методы разработки изделия; технологии представления данных об изделии в электронном виде набор методов для представления в электронном виде данных об изделии, относящихся к отдельным процессам ЖЦИ. Эти технологии предназначены для автоматизации отдельных процессов ЖЦ (первый этап создания ЕИП); технологии интеграции данных об изделии набор методов для инте грации автоматизированных процессов ЖЦ и относящихся к ним данных, представленных в электронном виде, в рамках ЕИП. Эти технологии отно сятся ко второму этапу создания ЕИП.
Основными компонентами CALS технологий являются (рис. 1. 2): инструментальный комплекс технических и программных средств ав томатизированного проектирования изделий (CAD Computer Aided Design); системы автоматизации технологической подготовки производства (CAM Computer Aided Manufacturing); системы инженерного анализа (CAE Computer Aided Engineering); средства реализации технологии параллельного тотального проекти рования в режиме группового использования данных (Concurrent Engineering); система управления проектными и инженерными данными (EDM Enterprise Data Management);
системы визуализации всего процесса разработки документации (Project Management); мощные средства хранения и управления данными о проекте (PDM Product Data Management); системы управления производством (MRP Manufacturing Require ment Planning); системы планирования и управления предприятием (ERP Enterprise Resource Planning); системы управления цепочками поставок (SCM Supply Chain Man agement); системы совместного электронного бизнеса (CPC Collaborative Product Commerce); системы управления продажами и обслуживанием (S&SM Sales and Service Management); программно технологические средства, реализующие технологию создания и сопровождения информационных систем (CASE Computer Aided Software Engineering); SCADA; CNC; CRM; MES (см. приложение)
Перечисленные автоматизированные системы могут работать автоном но, но создание ЕИП диктует, чтобы данные, генерируемые в одной системе, были доступны в других системах для повышения эффективности автомати зации. Единое информационное пространство обеспечивается благодаря унификации как формы, так и содержания информации о конкретных изде лиях на различных этапах ЖЦ. Унификация формы достигается использованием стандартных форма тов и языков представления информации в межпрограммных обменах и при документировании.
Унификация содержания как однозначно правильная интерпретация данных о конкретном изделии на всех этапах его ЖЦ обеспечивается разра боткой онтологий приложений, закрепляемых в прикладных CALS протоколах. Унификация перечней и наименований сущностей, атрибутов и отно шений в определённых предметных областях является основой для единого электронного описания изделия в CALS пространстве
Введение
1. Понятие информационной технологии
1.1 Что такое информационная технология
1.2 Этапы развития информационных технологий
1.3 Составляющие информационной технологии
1.4 Инструментарий информационной технологии
2. Становление рынка информационных технологий.
2.1. Предпосылки для ускоренного развития рынка информационных технологий
3. Информационные технологии в машиностроении
3.1. Оперативно - производственное планирование в условиях ИАСУ. (Интегрированная Автоматизированная Система Управления
3.2. Интегрированная система автоматизированного проектирования и изготовления станин
Заключение
Литература
Введение.
В рыночной экономике независимые, самостоятельные производители товаров и услуг, а также все те, кто обеспечивает непрерывность цикла "наука - техника - производство - сбыт - потребление" не смогут успешно действовать на рынке, не имея информации. Предпринимателю нужна информация о других производителях, о возможных потребителях, о поставщиках сырья, комплектующих и технологии, о ценах, о положении на товарных рынках и рынках капитала, о ситуации в деловой жизни, об общей экономической и политической конъюнктуре не только в собственной стране, но и во всем мире, о долгосрочных тенденциях развития экономики, перспективах развития науки и техники и возможных результатах, о правовых условиях хозяйствования и т. п. В связи с этим целесообразно проанализировать информационный рынок, значительная часть услуг которого относится к сфере деловой информации.
В развитых странах значительная часть информационной деятельности в течение последних двух десятилетий вовлечена в рыночные отношения и выступает в качестве одного из важнейших элементов рыночной инфраструктуры по обслуживанию, реализации и развитию рыночных отношений, а также как самостоятельный специализированный сектор рынка, на котором предлагаются особые продукты и услуги.
Современный информационный рынок включает три взаимодействующих области: - информацию; - электронные сделки; – электронные коммуникации.
В области электронных сделок рынок информации выступает непосредственным элементом рыночной инфраструктуры, область электронной коммуникации находится на стыке с отраслью связи, а информация, относится к нематериальному производству.
Рынок электронных сделок (операций, transactions) включает системы резервирования билетов и мест в гостиницах, заказа, продажи и обмена товаров и услуг, банковских и расчетных операций.
На рынке электронных коммуникаций можно выделить различные системы современных средств связи и человеческого общения, технологий машинного производства: сети передачи данных, электронную почту, телеконференции, электронные доски объявлений и бюллетени, сети и системы удаленного диалогового доступа к базам данных и т. п.
1. Понятие информационной технологии.
1.1 Что такое информационная технология.
Технология - это комплекс научных и инженерных знаний, реализованных в приемах труда, наборах материальных, технических, энергетических, трудовых факторов производства, способах их соединения для создания продукта или услуги, отвечающих определенным требованиям. Поэтому технология неразрывно связана с машинизацией производственного или непроизводственного, прежде всего управленческого процесса. Управленческие технологии основываются на применении компьютеров и телекоммуникационной техники.
Согласно определению, принятому ЮНЕСКО, информационная технология - это комплекс взаимосвязанных, научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы. Сами информационные технологии требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоемкой техники. Их введение должно начинаться с создания математического обеспечения, формирования информационных потоков в системах подготовки специалистов.
1.2 Этапы развития информационных технологий.
Существует несколько точек зрения на развитие информационных технологий с использованием компьютеров, которые определяются различными признаками деления.
Общим для всех изложенных ниже подходов является то, что с появлением персонального компьютера начался новый этап развития информационной технологии. Основной целью становится удовлетворение персональных информационных потребностей человека как для профессиональной сферы, так и для бытовой.
Признак деления - вид задач и процессов обработки информации
1-й этап (60 - 70-е гг.) - обработка данных в вычислительных центрах в режиме коллективного пользования. Основным направлением развития информационной технологии являлась автоматизация операционных рутинных действий человека.
2-й этап (с 80-х гг.) - создание информационных технологий, направленных на решение стратегических задач.
Признак деления - проблемы, стоящие на пути информатизации общества
1-й этап (до конца 60-х гг.) характеризуется проблемой обработки больших объемов данных в условиях ограниченных возможностей аппаратных средств.
2-й этап (до конца 70-х гг.) связывается с распространением ЭВМ серии 1ВМ/360. Проблема этого этапа - отставание программного обеспечения от уровня развития аппаратных средств.
3-й этап (с начала 80-х гг.) - компьютер становится инструментом непрофессионального пользователя, а информационные системы - средством поддержки принятия его решений. Проблемы- максимальное удовлетворение потребностей пользователя и создание соответствующего интерфейса работы в компьютерной среде.
4-й этап (с начала 90-х гг.) - создание современной технологии межорганизационных связей и информационных систем. Проблемы этого этапа весьма многочисленны. Наиболее существенными из них являются:
Выработка соглашений и установление стандартов, протоколов для компьютерной связи;
Организация доступа к стратегической информации;
Организация защиты и безопасности информации.
Признак деления - преимущество, которое приносит компьютерная технология
1 -й этап (с начала 60-х г.г) характеризуегся довольно эффективной обработкой информации при выполнении рутинных операций с ориентацией на централизованное коллектив-ное использование ресурсов вычислительных центров. Основным критерием оценки эффективности создаваемых информационных систем была разница между затраченными на разработку и сэкономленными в результате внедрения средствами. Основной проблемой на этом этапе была психологическая - плохое взаимодействие пользователей, для которых создавались информационные системы, и разработчиков из-за различия их взглядов и пони-мания решаемых проблем. Как следствие этой проблемы, создавались системы, которые пользователи плохо воспринимали и, несмотря на их достаточно большие возможности, не использовали в полной мере.
Если раньше каждый пользователь должен был сам программировать алгоритмы в своей профессиональной деятельности, то сегодня "кустарное" программирование стало ненужным. Его заменяет знание и умение пользоваться существующими информационными технологиями в каждой профессиональной области. И это в первую очередь касается специалистов в области машиностроения и металлообработки. В ней созданы системы автоматического проектирования, такие, как AutoCAD, КОМПАС-3D, системы автоматизированного проектирования технологических процессов (CAM), технологии обеспечения жизненного цикла изделия от маркетинга до утилизации отслужившего свой срок изделия или детали (CALS).
До изобретения компьютеров все проектирование новых изделий велось по так называемой бумажной технологии. Любое конструкторское бюро представляло собой зал с рядами чертежных столов - кульманов, за которыми конструкторы разрабатывали чертежи нового изделия на бумаге. Далее эти чертежи копировали на кальку и затем размножали их. Вся документация хранилась на бумаге. Все инженерные расчеты производились с помощью арифмометров и логарифмических линеек. При изготовлении опытных образцов изделий и их серийном производстве наладка станков производилась вручную. Далее производились натурные испытания изготовленных опытных образцов. По их результатам вносились необходимые изменения в конструкцию, корректировались чертежи и начиналась подготовка к серийному выпуску изделия.
С изобретением компьютеров многие этапы создания новых изделий подверглись коренным изменениям. Стало возможным перейти на безбумажную технологию. Компьютер, оснащенный соответствующими программами, совместно с принтером, плоттером и графическим планшетом (дигитайзером) заменил собой кульман, бумагу, карандаш, арифмометр и логарифмическую линейку. При этом компьютер позволил автоматизировать и значительно ускорить инженерные расчеты.
Примером может служить автоматизированный расчет зубчатой передачи с помощью программы Microsoft Excel. Исходными данными служат передаточное число и модуль данной передачи. Формулы расчета вводятся в соответствующую строку таблицы Excel. Введя в формулы значения передаточного числа и модуля, получаем полный расчет всех параметров зубчатой передачи любого типа.
Другим, гораздо более сложным примером может служить расчет лопаток паровой турбины, требующий привлечения компьютеров большой производительности.
Использование современных компьютерных технологий позволяет существенно сократить длительность проектно-конструкторских работ, по-новому реализовать проектные процедуры и в результате получить более эффективные технические решения.
Аппаратное обеспечение автоматизированных рабочих мест (АРМ) для работников самых различных профессий мало отличается друг от друга. Его основой является профессиональный компьютер. Главное различие состоит в их программном обеспечении, которое и отличает, например, АРМ инженера-проектировщика от АРМ инженера-технолога.
Новейшие компьютерные технологии позволяют организовать автоматизированное рабочее место конструктора-проектировщика. Базовыми программными продуктами АРМ конструктора-проектировщика являются операционная система Microsoft Windows и универсальная графическая платформа AutoCAD 2004 фирмы Autodesk.
Системы автоматизированного проектирования (САПР), называемые в английском переводе CAD-системами (Computer Aided Design), применяются для решения разнообразных инженерных и конструкторских задач. К наиболее популярным следует отнести мощную систему машинного проектирования AutoCAD фирмы Autodesk, используемую для создания чертежей.
Применение САПР-технологий позволяет сократить время на выполнение проекта и выпуск изделий, уменьшить возможные ошибки, повысить качество конструкторской документации, а при использовании программно-управляемого оборудования - готовить необходимые для этого данные в нужном формате. Полный спектр задач, решаемых с помощью САПР, чрезвычайно богат, и программ, предназначенных для этого, разработано достаточно много.
Для эффективной работы с программами САПР лучше применять монитор с большим размером экрана. Для получения твердой копии результатов работы (чертежи, схемы) обычно используются плоттеры, позволяющие работать с большими форматами бумаги.
AutoCAD - это графическое ядро систем автоматизированного проектирования (САПР). Богатые функциональные возможности, широкие возможности программирования, связь с базами данных, большой выбор совместимых периферийных графических устройств фактически сделали графический пакет AutoCAD мировым промышленным стандартом в своей области. Выпускаются версии программы для различных платформ и под различные операционные системы. Программа совместима со всеми выпускаемыми видами принтеров и плоттеров.
При создании новых инженерных конструкций может применяться математическое моделирование (машинный эксперимент) - моделирование реально существующих объектов, осуществляемое средствами языка математики и логики с помощью компьютера.
Математическое моделирование основано на создании и исследовании на компьютере математической модели реальной системы - совокупности математических соотношений (уравнений), описывающих эту систему. Уравнения (математическая модель) вместе с программой их решения вводят в компьютер и, имитируя различные значения входных (по отношению к исследуемой системе) сигналов и условий работы системы, определяют величины, характеризующие поведение системы.
Математическое моделирование, в отличие от материального (экспериментального, предметного), является теоретическим, происходящим только в компьютере, а не в реальности. Оно позволяет обойтись без сложного, дорогого или опасного эксперимента, например при создании автомобилей, самолетов, локомотивов.
Математическое моделирование процесса или явления не может дать полного знания о нем. Это особенно существенно в том случае, когда предметом математического моделирования являются сложные системы, поведение которых зависит от значительного числа взаимосвязанных факторов различной природы. Поэтому иногда математическое моделирование дополняют созданием натуральной модели.
Система трехмерного твердотельного моделирования КОМПАС-3D предназначена для создания трехмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. Параметрическая технология позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа. Многочисленные сервисные функции облегчают решение вспомогательных задач проектирования и обслуживания производства. Задача, решаемая системой, - моделирование изделий с целью существенного сокращения периода проектирования и скорейшего их запуска в производство. Чертежный редактор "КОМПАС-График" предоставляет широчайшие возможности автоматизации проектно-конструкторских работ в различных отраслях промышленности. Он успешно используется в машиностроительном проектировании, при проектно-строительных работах, составлении различных планов и схем.
На смену информационной поддержке отдельных этапов создания инженерных конструкций в конце 20-го века пришла идеология ведения бизнеса CALS (Continuous Acquisition and Life-Cycle Support) или, в более современном изложении, PLM (Product Lifecycle Management). За термином "жизненный цикл" ("Lifecycle") стоят два понятия - "маркетинговый жизненный цикл" (МЖЦ) и "функциональный жизненный цикл" (ФЖЦ). МЖЦ имеет отношение к поведению определенного вида продукции на рынке и завершается моральным износом и снятием с производства, а ФЖЦ связан с функциональным предназначением изделия и завершается физическим износом и утилизацией. Примером могут служить персональные компьютеры. Маркетинговый жизненный цикл систем на базе Pentium II закончился, но физически их успешно продолжают эксплуатировать во многих организациях.
Понятие "жизненный цикл" включает в себя следующие этапы: маркетинг, проектирование, производство, продажи, поставки и эксплуатацию. Примером применения понятия "жизненного цикла" в нашей стране может служить его использование в крупнейшем авиастроительном комплексе "Сухой". Он охватывает четыре основных этапа: проектирование, производство, послепродажное обслуживание и утилизация.
Рис.
12.11.
Сегодня производство сложных машинотехнических изделий стало невозможным без обеспечения информационной поддержки на всех стадиях их жизненного цикла. Информационная поддержка - это целый комплекс вопросов, включающий автоматизацию процессов проектирования, обеспечение технологических процессов производства, автоматизацию управленческой деятельности предприятий, создание электронной эксплуатационной документации, внедрение автоматизированных систем заказа запасных частей и т. д.
Важную роль в жизненном цикле играет маркетинг (англ. marketing, от market - рынок) - система управления, основанная на комплексном анализе производственно-сбытовой деятельности и воздействия на нее с целью получения прибыли.
Маркетинг возник как вид управленческой деятельности во второй половине XX века. Но если вначале он применялся исключительно в целях сбыта произведенной продукции, то со второй половины 1970-х гг. он становится элементом стратегического управления фирмой, философией бизнеса. Отсюда новая концепция маркетинг-менеджмента, то есть построения всей управленческой деятельности фирмы.
Маркетинг включает товарную, ценовую политику, а также политику продвижения товара и продаж.
Основными принципами современного маркетинга являются: производство продукции, основанное на точном знании потребностей покупателя, рыночной ситуации и реальных возможностей фирмы; эффективное решение проблем потребителя; нацеленность фирмы на долгосрочный коммерческий успех; активное воздействие на формирование потребностей на рынке.
Проектирование и производство неразрывно связаны между собой. Конструктор разрабатывает геометрию изделия, устанавливает технические требования и оформляет конструкторскую документацию, а технолог обеспечивает изготовление изделия с учетом специфики производства, технических процессов и оборудования.
Электронное описание изделия дает исчерпывающее описание спроектированного изделия и фактически заменяет бумажную конструкторскую документацию. На его основе появляется возможность автоматизировать планирование технологических процессов. Таким образом, выполняется еще один принцип CALS - принцип безбумажного представления информации.
В фирме "Сухой" ОКБ "Сухой" находится в Москве, а основные заводы-производители в Комсомольске-на-Амуре, Иркутске и Новосибирске. При такой географической удаленности друг от друга их согласованная работа обеспечивается средствами сети Интернет и защиты информации.
Организация технологического процесса изготовления опытных образцов и серийного производства изделий осуществляется с помощью систем автоматизированного проектирования технологических процессов, так называемых САМ-систем (Computer Aided Manufacturing). Они обеспечивают наиболее рациональный выбор станочного оборудования, инструментов и режимов обработки деталей.
Комплексные решения при этом базируются на передовых технологиях гибридного моделирования, интегрированных средствах электронного документооборота, а также на широком спектре специализированных модулей, среди которых важное место занимают программы для виртуального моделирования процессов механической и электроэррозионной обработки с выходом на станки с числовым программным управлением (ЧПУ).
Современные металлообрабатывающие станки и многооперационные обрабатывающие центры оснащены числовым программным управлением (ЧПУ). Это управление обработкой заготовки на станке по программе, заданной в цифровой форме. Устройство ЧПУ выдает управляющие воздействия на исполнительные органы станка в соответствии с программой и информацией о состоянии управляемого объекта. Станки с ЧПУ сочетают высокую производительность, присущую станкам-автоматам, с гибкостью, быстротой переналаживания на другие режимы работы, что характерно для универсальных станков. Обрабатывающий центр оснащен инструментальным магазином большой емкости и устройствами для автоматической смены инструмента. Станок позволяет вести комплексную механическую обработку большого числа поверхностей заготовки различными способами - точением, фрезерованием, сверлением и др.
В современном машиностроении и приборостроении происходит усложнение выпускаемой продукции, номенклатура ее увеличивается, а серийность производства уменьшается. Это ведет к значительному увеличению объемов и сроков выполнения работ в сфере конструкторско-технологической подготовки производства. Требования рыночной экономики заставляют предприятия постоянно улучшать потребительские свойства и качество изделий, а сроки их выпуска максимально сокращать.
Это вызвало к жизни концепцию сквозного цикла проектирования и производства "от идеи до металла". Суть ее состоит в том, что компьютерные системы и оборудование должны рассматриваться как единый информационный технологический процесс на всем протяжении от проектирования до изготовления изделий. Сквозной цикл состоит из блоков САD/САМ/САЕ/PDM. САМ-системы являются частью этой более общей концепции.
Кроме трехмерных (виртуальных) моделей на экране монитора компьютера современные информационные и лазерные технологии дают возможность создавать "твердые" модели отдельных деталей из светочувствительного пластика. Эта технология носит название "лазерная стереолитография". Она основана на использовании фотополимеризации лазерным излучением.
Сначала по проекту конструктора создается компьютерная (виртуальная) модель, которая через минимальное время может быть воплощена в виде реальной модели. Производятся все детали для сборки. Собранную модель можно покрасить, проверить возможность установки и размещения электронных компонентов, оптики, эргономику, предъявить для утвержения дизайна заказчиком и т.д.
Пластиковая модель легко поддается обработке, покраске, металлизации. Модель может быть использована для проверки идей конструктора, использоваться на презентациях, в маркетинговых акциях и т.п.
Области применения лазерной стереолитографии:
- изготовление оснастки для разных видов литья;
- точное литье по сплошным выжигаемым моделям.
Лазерная стереолитография позволяет создавать детали самой сложной формы с максимальными размерами 250x250x250 мм.
Сначала объемный виртуальный образ делят на набор послойных изображений тонких сечений (0,1-0,2 мм). В ванну, наполненную фотополимеризующейся жидкостью, помещают плоскую подставку, на которой впоследствии появится объект, так, чтобы она была погружена на толщину формируемого слоя (те самые 0,1-0,2 мм). Затем поверхность жидкости обрабатывают лучом лазера, и в тех местах, которые он облучает, образуются твердые участки. Так возникает нижний слой модели. Платформу чуть притапливают и формируют второй слой. Операцию повторяют до тех пор, пока модель не будет целиком готова.
Важную роль в машиностроении играет логистика (от англ. logistics - материально-техническое снабжение) - контроль за всеми видами деятельности, связанными с закупкой ресурсов для производства и доставкой готовой продукции покупателю, включая необходимое информационное обеспечение этих процессов. Логистика также координирует взаимоотношения всех членов системы снабжения и распределения. К непосредственным функциям логистики относятся: транспортировка, складирование, сбор заказов, распределение продукции, упаковка, сервисное обслуживание.
Система логистики включает логистику на входе и логистику на выходе. Первая управляет всеми операциями с сырьем и материалами, начиная с выбора поставщика и заканчивая возвратом некачественного сырья; вторая контролирует распределение готовой продукции, включая ее доставку конечному потребителю.
Логистика используется участниками каналов товародвижения для снижения издержек, повышения качества обслуживания покупателей и поддержания объема запасов на складе на минимальном необходимом уровне.
Так информационные технологии в машиностроении и металлообработке из важного, но вспомогательного средства сегодня превратились в главную организующую силу - реальную сквозную автоматизацию производственных процессов.
