Информационные технологии в различных областях деятельности. Актуальность применения информационных технологий в машиностроении

Автоматизация производства и логистики.

Машиностроение - одна из тех отраслей, где проекты автоматизации идут полным ходом на большей части предприятий. Автоматизации сегодня подвергается планирование, учет материальных и товарных ценностей, непосредственное управление производством и многие другие внутренние бизнес-процессы, характерные для машиностроительных предприятий.

На данный момент совершенно ясно, что в автоматизации нуждаются не только маркетинг или корпоративное руководство. Применение автоматизации для составления графиков эксплуатации оборудования и передвижного состава, складских помещений и заводских цехов ложится в основу производственной логистики.

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.

ИТ-проекты автоматизации машиностроения направлены помимо прочего на получение оперативной и актуальной информации, поскольку без этого невозможно принять, сколько - ни будь эффективное и своевременное решение, что как известно является решающим фактором логистики. Использование информационных технологий в автоматизации этой сферы производства также способствует снижению себестоимости производства в сочетании с повышением качества выпускаемой продукции, в конечном итоге ведет к оптимизации производства, которая и является конечной целью внедрения информационных технологий в машиностроение и логистику.

Эффективная логистическая концепция, возможная исключительно на тех предприятиях, где уделяется внимание автоматизации процессов сбыта, позволяет значительно сократить материальные и временные затраты на этапе реализации продукции, повысить вероятность реализации с получением высокой прибыли, и обеспечить предприятию экономическую устойчивость даже в кризисный и посткризисный период.

Также для наилучшего обеспечения поддержки всех стратегий планирования в машиностроении используется автоматизация управления производством (SAP). Решение SAP даёт возможность компаниям управлять всеми этапами оперативной деятельности в рамках единой интегрированной системы.

Автоматизация управления производством имеет следующие преимущества: гибкую структуру, поддержку принятия решений в режиме реального времени, одновременно выполняющиеся процессы, интегрированное решение для всего предприятия, быстрое внедрение, открытую систему и многое другое.

Использование IT при проектировании и производстве.

Впрочем, автоматизация и IT- технологии не менее необходимы на стадии проектирования и производства, чем на стадии реализации готовой продукции. Те возможности, которые дает применение информационных технологий при проектировании в машиностроении являются просто грандиозными. Разработка и оптимизация специализированных ПО, позволяющих в 3D формате «увидеть» любую деталь, агрегат, причем не просто на картинке, но и в действии, открывает перед проектировщиками просто непостижимые горизонты. То, на что раньше уходили годы кропотливого труда и расчетов, сегодня становится доступным за несколько минут.

Применение процессов автоматизации в производстве не менее результативно, поскольку обеспечение контроля над ходом изготовления и сборки различных узлов обеспечивает изготовление продукции более высокого качества, а также значительного снижения объема ручного труда, задействованного на предприятии. Вопрос снижения объемов доли ручного труда на современных предприятиях стоит в последнее время крайне остро.

Рост спроса на «умные» машины.

Именно стремлением производителей по возможности сократить объем ручного труда, применяемого на предприятии, зачастую становится тем фактором, который способствует повышению популярности так называемых «умных» машин.

Технология машиностроения традиционно использует наиболее прогрессивные достижения науки. Поэтому применение «умных» машин в машиностроении - явление далеко не новое. Еще в советские времена в этой отрасли применялись станки, оснащенные программным числовым управлением, разнообразные роботы, многие участки и цеха были полностью или хотя бы частично автоматизированы. На сегодняшний день в машиностроении еще более остро стоит вопрос об использовании в производстве «умных» машин, т. е. машин «интеллектуальных». Разработка подобных «умных» машин, управляемых современной вычислительной техникой для машиностроения идет сегодня полным ходом. Применение таких станков позволит в разы поднять производительность, сократив при этом расходы, связанные с так называемым «человеческим» фактором.

Перспективы развития IT-инфраструктуры отрасли.

Развитие IT-инфраструктуры в машиностроении будет направлено в первую очередь на повышение интеллектуального капитала предприятия. Использование автоматизации позволит в дальнейшем придать деятельности всех специалистов предприятия упорядоченность, упростить взаимосвязь между потребителями и производителями, и станут эффективной базой для построения результативной системы контроля над качеством выпускаемой продукции.

Наиболее востребованные IT-решения и оборудование применяемые в машиностроительной промышленности

Сервер HP DL360 Gen10 способен улучшать качество обработки предприятия, ускорять процесс получения готового результата, а также обрабатывать приемлемый объем информации. Он выделяется из линии ProLiant малой энергозатратностью. Также он оснащен новыми высокопроизводительными процессорами компании Intel Xeon Scalable, которые имеют до 28 ядер.
Сервер Lenovo ThinkSystem SR850 выделяется из ряда похожих моделей объемом полезных функций и качественной аппаратной частью. Удобное расположение плат в сервере позволяет обеспечить энергетически эффективное и экономичное четырехразъемное решение с большим набором функций в 2U форм-факторе, а отличное оборудование, например, мощные масштабируемые процессоры Intel Xeon Gold и Platinum и 16 жестких дисков обеспечивают данный сервер особенной производительностью и мощностью.
Башенный сервер DELL PowerEdge T640 , разработанный на базе процессора нового поколения Intel Xeon Scalable легко увеличит производительность вашего офиса. Подходящий для быстрой и эффективной обработки данных благодаря плотной структуре, этот сервер позволяет выполнять критически важные приложения быстро и эффективно.

ВВЕДЕНИЕ
Во второй половине двадцатого века роль информации как ресурса деятельности человека постоянно росла. Этот процесс наблюдается и в наши дни, что приводит к преобразованиям практически во всех сферах жизни общества. Уже можно говорить о том, что наша техногенная цивилизация вступила в новую стадию, основой которой являются быстро распространяющиеся и всепроникающие информационные технологии (ИТ).

Сегодня можно наблюдать процесс перехода как отдельных компаний, так и целых стран от традиционной рыночной системы, связанной с переработкой все больших объемов ресурсов при помощи промышленных технологий и индустриального способа массового производства товаров к системе, основанной на накопленных информационных ресурсах, позволяющих создавать высокотехнологичные товары и услуги. Наиболее показательным примером этого является перенос производства товаров и услуг крупнейшими корпорациями Европы, США, Японии в страны, отстающие в своем научном развитии. То есть, фактически, страны, лидирующие в своем развитии, продают накопленную информацию на выгодных для себя условиях государствам, не имеющим необходимых знаний и опыта, но располагающими значительными трудовыми ресурсами.

Традиционно, преимущество в конкуренции обеспечивала стратегия, осно-ванная на следующих факторах: стоимости (владения, использования, обучения, техподдержки и т. д.); времени (производственного цикла, разработки и т. д.); гибкости (изменения по желанию заказчика, дополнительные возможнос-ти, комплектация и т. д.); качестве (необходимости в переделке, исправлении брака и т.д.); инновации (т.е. нововведении в области техники, технологии, организации труда или управления, основанном на использовании достижений науки и передового опыта, обеспечивающем качественное повышение эффективности производственной системы или качество продукции).

Последние десятилетия все старались (и до сих пор стараются) выжать как можно больше из этих факторов ценности. Сейчас остался лишь один новый, мало использованный прежде, но весьма ценный ресурс для стратегии конкуренции: информация (может характеризоваться точностью, актуальностью, последовательностью, полнотой, ясностью, доступностью, безопасностью и т. д.).

На основании всего вышесказанного, можно говорить о том, что информация и информационные технологии могут быть основой развития как отдельных предприятий, так и всего общества в целом, а их внедрение и распространение способно дать многочисленные конкурентные преимущества в самых различных сферах человеческой деятельности.
^ 1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ НА ПРЕДПРИЯТИИ
1.1 Структура информационной системы предприятия

Любое предприятие для анализа возникающих проблем, принятия решений, контроля опера-ций, создания новых продуктов или услуг нуждается в информации.

Под информацией понимаются осмысленные и переработанные данные, которые используются для решения управленческих задач. Данные отражают события, происходящие как в самой организации, так и за ее пределами.

Информационной системой предприятия можно назвать систему, показывающую точки входа и выхода информации, направления ее потоков и взаимосвязи между ними.

Упрощенная схема информационной системы предприятия показана на рисунке 1.1. .

Как видно даже из этой упрощенной схемы, число информационных потоков заметно больше, чем путей перемещения товаров. В современной экономике обработка и обмен информацией могут приносить больше прибыли, чем движение товаров от продавца к покупателю. Стоимость компаний все в большей степени определяется не ее материальными активами (здания, оборудование), а такими нематериальными активами, как люди, идеи, технологии, а также стратегией объединения и использования главных информационных ресурсов компании.

Значительная часть этих информационных потоков состоит из достаточно легко поддающихся автоматизации процедур, что открывает широкое поле возможностей для использования передачи и обработки информации.

Созданием, развитием и эксплуатацией информационных систем занимается отрасль информационных (компьютерных) технологий (ИТ, от англ. information technology, IT).

Рисунок 1.1. Схема информационной системы предприятия
^ 1.2. Этапы развития информационных систем и технологий на машиностроительных предприятиях
Можно выделить следующие основные этапы развития информационных технологий :

1960 годы - автоматизация выполнения простейших функций;

1970 годы - интеллектуальная направленность информацион-ных технологий, развитие информационного моделирования, прогнозирования и управления;

1980 годы - расширение областей применения информацион-ных технологий, создание локальных сетей и электронных баз данных. Привлечение к использованию информационных тех-нологий руководителей всех уровней управления;

1990 годы - стремление к объединению информационных ре-сурсов и кооперации при создании информационных техноло-гий; совместное использование информации; создание вирту-альных предприятий.

В настоящее время развитие существующих информационных систем и создание новых неразрывно связаны с понятием CALS-технологий. Кроме того, в некоторых случаях, термины « CALS -технологии» и «информационные технологии» употребляются как синонимы. Упрощенно, можно сказать, что CALS -технологии - это информационные технологии, построенные на определенных стандартах.

В России в качестве аналога понятия CALS иногда используется термин ИПИ (информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий).

Впервые концепция CALS возникла в середине 70-х годов в оборонном комплексе США в связи с необходимостью повышения эффективности управления и сокращения затрат на информационное взаимодействие в процессах заказа, поставок и эксплуатации средств вооружения и военной техники. Причиной возникновения идеи была естественная потребность в организации «единого информационного пространства», обеспечивающего оперативный обмен данными между заказчиком (федеральными органами), производителями и потребителями военной техники. На первоначальном этапе аббревиатура CALS расшифровывалась как Computer Aided Logistic Support - компьютерная поддержка поставок. Предметом CALS являлась безбумажная технология взаимодействия между организациями, заказывающими, производящими и эксплуатирующими военную технику, а также формат представления соответствующих данных.

CALS базировалась на результатах программы интегрированной компьютеризации производства (ICAM), реализованной в Министерстве обороны США. Массовое применение информационных технологий в рамках этоц программы потребовало унификации и стандартизации методов описания и анализа организационных и производственных систем . На основе уже имевшихся технологий был разработан ряд федеральных стандартов IDEF, а метод функционального моделирования IDEF0 был принят в качестве стандарта CALS.

Это положило начало процесса углубленной стандартизации и унификации правил взаимодействия участников информационных систем, значительно повышающего возможности взаимодействия на всех уровнях деятельности человека.

CALS-технологии , доказав свою эффективность, перестали использоваться только у военных и начали активно применяться в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях экономики, расширяясь и охватывая все этапы жизненного цикла продукта. Новая концепция сохранила аббревиатуру CALS, но получила более широкую трактовку Continuous Acquisition and Life Cycle Support – непрерывная поддержка ЖЦ продукта (изделия). CALS быстро превратилась в глобальную бизнес-стратегию перехода на безбумажную электронную технологию работы, повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе ЖЦ продукта, за счет информационной интеграции и совместного использования информации на всех его этапах.

Работы по внедрению CALS-технологий велись в 2 этапа. ^ На первом этапе (рубеж 90-х годов) основное внимание уделялось представлению в электронном виде технической документации. На этом же этапе была определена технология представления технической и конструкторско - технологической документации в так называемом «нейтральном» электронном формате. На втором этапе (начало 90-х годов), в рамках всемирного консорциума 25 ве-дущих технических организаций США, было достигнуто согла-шение об использова-нии нового «нейтрального» стандарта описания данных ISO 10303 (STEP- Standart for the Exchange of Product Model Data). Сразу же после разработки стандарта STEP была начата разработка стандартов ISO 13584 (PLIB), ISO 15531 (MANDATЕ), предназначенных для описания и представления информации о компонентах и комплектующих изделия, производственно-эксплуатационной среды и обмена данными, которые имеют общую со STEP структуру и технологию построения. Эти стандарты заложили основу CALS-технологий.

В настоящее время в мире действует более 25 национальных организаций, координирующих вопросы развития CALS-технологий, в том числе в США, Канаде, Японии, Великобритании, Германии, Швеции, Норвегии, Австралии, а также в рамках НАТО.

В России, хотя и с некоторым отставанием во времени от передовых индустриальных стран, начиная с середины 90-х годов, началось внедрение CALS как в гражданской, так и в военной сфере.

В настоящий момент CALS понимается как глобальная стратегия повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе жизненного цикла продукта за счет информационной интеграции и преемственности информации, порождаемой на всех этапах жизненного цикла. Средствами реализации данной стратегии являются CALS-технологии, в основе которых лежит набор интегрированных информационных моделей: самого жизненного цикла и выполняемых в его ходе бизнес-процессов, продукта, производственной и эксплуатационной среды. Возможность совместного использования информации обеспечивается применением компьютерных сетей и стандартизацией форматов данных, обеспечивающей корректную интерпретацию информации .
^ 1.3. Современные ИТ и их значение для предприятия

Конечная цель любого предприятия - прибыль, эффективность бизнеса. Одной из характерных черт современного промышленного производства являются жесткие требования к конкурентоспособности продукции. Что, в свою очередь, требует и быстрых темпов разработки и запуска продукции в производство и налагает высокие требования на качество продукта, его соответствие рынку. Инженерным языком говоря, производство работает в меньших допусках относительно того, как это было двадцать-тридцать и даже десять лет назад. Это стало возможным во многом благодаря широкому внедрению сначала САПР, затем организации обмена данными между проектными и производственными системами и на современном этапе созданию систем, полностью описывающих жизненный цикл изделия от концепции до описания технологических процессов его изготовления и эксплуатации.

Возросшая сложность, изощренность технологий производства и необхо-димость увеличивать разнообразие выпускаемой продукции породили насущную проблему координации и уп-равления информацией. Деятельность, основанная на информации, теперь составляет значительную часть всей деятельности предприятия. Только организация, основанная на информации, может дать предприятию воз-можность выжить и успешно конкурировать на динамично изменяющемся мировом рынке. Только интегрированная, ультрасовременная информаци-онная система, может обеспечить необходимое сотрудничество в масштабе всего предприятия.

Построение ИС основывается на всеобъемлющей интеграции раз-личных модулей, принципе однократного ввода данных, взаимосвязанности хранимых данных, возможности создания отчетов, непосредственном доступе к информации, ориентации на конечного пользователя и т. д.

Внедрение современных ИТ позволяет

превратить предприятие в информационно-управ-ляемое. То есть, становится возможным управлять предприятием опираясь на информационный ресурс, который, в отличие от прочих (Стоимость, Время, Оперативность реакции, Гибкость. Качество, Инновация) могут быть многократно использован;

воспринимать предприятие как одно целое. То есть, если компания состоит из множества предприятий, ведущих бизнес в разных сферах, или расположенных удаленно друг от друга, руководство может эффективно управлять ими как одним целым, не беспокоясь о совместимости приложений в тех или иных подразделениях. Так же появляется возможность объединения информационных подсистем в одну, устраняя при этом дублирование процессов;
управлять предприятием в режиме реального времени. Наибольшую ценность представляет актуальная информация. ИТ позволяют дать моментальный доступ к ней всем участником процессов. Результатом является увеличение эффективности и пропуск-ной способности каналов информации, и возможность осуществлять процессы не только последовательно, но и параллельно;
становиться основой для бизнес-стратегии предприятия. ИТ в свое время давали и дают возможность быстро производить стретегические изменения на предприятии, облегчая внедрение новых систем. Примером может быть система «Производство на мировом уровне» (World Class Manufacturing, WCM), появившаяся в 80-х годах. Она включала в себя такие мощные методы, как «Точно в срок» (ЛТ), «Тоталь-ный контроль качества» (Total Quality Management, TQM), «Оценка эффективности» (Benchmarking), «Развитие человеческих ресурсов» (Human Resources Development), «Единичное производство» (Lean Manufacturing), а позднее, в 1990-х годах, еще и Реинжиниринг бизнес-процессов;
используя одну программную платформу, работать с учетом всех особенностей конкретного предприятия. Сегодня можно создать ИС эффективную для данного предприятия не создавая ее с нуля, без привлечения огромных человеческих и финансовых ресурсов. Можно взять готовый продукт и настроить его под нужды предприятия. При этом можно добавлять или убирать необходимые функции с течением времени, сохраняя работоспособность системы.
ориентироваться на массовых пользователей. Все пользователи, которым это необходимо, могут быть включены в единую ИС предприятия. При этом система обеспечивает максимально возможно «дружелюбный» интерфейс, помогая людям делать свою работу, а не мешая.

Требования к современным ИС:

масштабируемость;
надежность;
управляемость;
опора на стандарты.

У разных компаний этот список может варьиро-ваться и включать дополнительные пункты, но эти базовые принципы присутствуют в любом варианте списка. Рассмотрим их внимательнее.

Масштабируемость подразумевает возможность увеличить необходимую производительность сис-темы как по количеству операций, так и по числу пользователей.

Надежность - это устойчивость системы к сбоям. Уровень надежности определяется про-центом времени, которое система находится в рабо-чем состоянии. Так же очень важно обеспечивать сохранность информации, которая сегодня может стоить дороже, чем сама ИС.

Управляемость. Информационная система не должна отнимать слишком много ресурсов на свое обслуживание. Речь идет не только о деньгах, но и о времени. То есть надо выбирать: содержать штат сотрудников, поддерживающих работоспособность ИС (или пользоваться услугами специальных компаний) или дать возможность своим сотрудникам самим решать все проблемы, тратя на это рабочее время.

Опора на стандарты. О необходимости стандартизации уже было сказано выше. Надо лишь добавить, что система, которая использует современные стандарты информационных технологий, весьма вероятно сможет эффективно работать и в будущем.
^ 1.4. Жизненный цикл изделия

CALS – это стратегия повышения эффективности, производительности и рентабельности процессов хозяйственной деятельности предприятий за счет внедрения современных методов информационного взаимодействия участников ЖЦ продукта.

Жизненный цикл продукта, как его определяют стандарты CALS, - это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта. Основные стадии жизненного цикла показаны далее на рисунках.

Процесс - - это совокупность взаимосвязанных ресурсов и деятельности, которая преобразует входящие элементы в выходящие. Ресурсами являются персонал, средства обслуживания, оборудование, технология, методология.

ЖЦ продукта присуще большое разнообразие процессов. Наиболее известные: производственный процесс, процесс проектирования, процесс закупок. Каждый из этих процессов, в свою очередь, состоит из технологических процессов и организационно-деловых процессов . Под технологическим процессом понимается часть производственного (или другого процесса), содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) последующему определению состояния предмета труда. Под организационно-деловыми процессами понимаются процессы, связанные с взаимодействием людей (подразделений, организаций). Все процессы ЖЦ взаимосвязаны (см. рис.1).

Для общей характеристики этих процессов используется понятие «бизнес-процесс».

Бизнес-процесс – совокупность технологических и организационно-деловых процессов, выполняемая целенаправленно в рамках заранее заданной организационной структуры.

Бизнес-процессы могут быть разного масштаба : масштаба предприятия (в него вовлечены работники нескольких подразделений, например, снабжающих предприятие материалами и комплектующими), внутрицеховые, внутрилабораторные (например, изготовить деталь). Внутри одного бизнес-процесса часть составляющих его технологических и организационно-деловых процессов может быть организована в отдельный вложенный бизнес-процесс меньшего масштаба. Отдельные технологические и организационно-деловые процессы могут раскладываться на операции (законченные части процесса, выполняемые на одном рабочем месте – выписать накладную, составить договор), которые в свою очередь делятся на переходы (законченные части операции, выполняемые одними и теми же средствами – позвонить, записать, фрезеровать).

Бизнес-процессы также различаются по типу деятельности:

основные бизнес-процессы (определяют основное направление деятельности предприятия: производство продукции, сервисное обслуживание, оказание услуг и т. п.);
вспомогательные бизнес-процессы (процессы, связанные с решением внутренних задач предприятия по обслуживанию основных бизнес-процессов);
бизнес-процессы управления (планирование деятельности предприятия, организация производства, контроль);
бизнес-процессы сети (взаимодействие с поставщиками и потребителями).

Анализ бизнес-процессов позволяет по-новому взглянуть на работу предприятия, уточнить обязанности работников, оценить эффективность использования ресурсов, увидеть недостатки, скрытые в организационной структуре. С момента введения термина «бизнес-процесс» появилось понятие «реинжиниринг бизнес-процессов» (Business Process Reengineering, BPR), которое подразумевает фундаментальное переосмысление и перепроектирование бизнес-процессов предприятия с целью повышения эффективности его работы.

В общем случае ЖЦ необходимо рассматривать как совокупность ЖЦ конечного продукта и ЖЦ входящих в него компонентов, результатов деятельности субпоставщиков. С этой точки зрения ЖЦ представляет собой древовидную структуру (см. рис. 1.2) . Информационное взаимодействие субъектов, участвующих в поддержке ЖЦ, должно осуществляться в едином информационном пространстве (ЕИП). Для разрушения коммуникационных барьеров и реализации концепции CALS необходимо создать ЕИП для всех участников ЖЦ изделия (в том числе и для эксплуатационников).

Рис. 1.2. Жизненный цикл продукта и его компонентов
ЕИП должно:

аккумулировать всю информацию об изделии;
быть единственным источником данных о нем (прямой обмен данными между участниками ЖЦ исключен);
формироваться на основе международных, государственных и отраслевых стандартов.

Фундаментом CALS-технологии является система единых международных стандартов.

CALS-стандарты можно подразделить на три группы:

- функциональные стандарты, определяющие процессы и методы формализации;

- информационные стандарты по описанию дан-ных о продуктах, процессах и средах;

- стандарты технического обмена , контролиру-ющие носители информации и процессы обмена данными между передающими и принимающими системами.

Место и роль информационных технологий и международных стандартов, а также взаимосвязь между ними, приведены на рис. 1.3 . Суть этих технологий кратко изложена ниже.

Выходы, связанные с производством продукции как у поставщи-ка, так и у производителя можно представить при использовании стандартов MRP, MRP II, ERP, ISO 15531 ManDate.

Характеристики продукции и ее состояния как у поставщика, так и у производителя можно представить при использовании стандартов ISO10303 STEP, ISO 15531 ManDate.

Требования потребителя и производителя учитываются при ис-пользовании ФСА, ФФА, FMEA, QFD.

Обратная связь между потребителем и производителем, а также между производителем и субпоставщиком может быть организована на базе стандартов ISO 9000, MRP, MRP II, ERP, ISO 15531 ManDa-te, ISO 10303 STEP.

ISO 15531 ManDate - стандарты из системы стандартов CALS -технологий. Предназначен для обеспечения коллективного доступа поставщика и потребителя к информации о производственном про-цессе поставщика. Использует согласованные со стандартом ISO 10303 STEP форматы представления данных.

Рисунок 1.3. Взаимосвязь между стандартами и бизнес-процессами на предприятии
ISO 10303 STEP - основное семейство стандартов из системы стандартов CALS-технологий (в настоящее время включает около сотни стандартов и проектов). Предназначен для обеспечения кол-лективного доступа поставщика и потребителя к информации о:

конструкции изделия;
процедурам испытаний изделия;
эксплуатационной документации на изделие;
другой информации по всем стадиям жизненного цикла изделия.

Разработан в конце 1980-х годов МО США при участии Мини-стерства торговли США и предназначался первоначально для обеспе-чения поставок военной техники и технологий. В настоящее время все шире охватывает невоенные области, прежде всего машиностроение и промышленное строительство.

Важность управления данными об изделии, представленными в формате ISO 10303 STEP, связано со следующими обстоятельствами. Данные о конструкции изделия занимают значительную часть в об-щем объеме информации, используемой в ходе его жизненного цикла (ЖЦ). На основе этих данных решается ряд задач производства из-делия, материально-технического снабжения, сбыта, эксплуатации, ремонта и др. (рис. 1.4) .

Кроме стандартов, которые относятся к CALS, существуют и другие, часто используемые в бизнес-процессах.

ISO 9000 - семейство стандартов на системы качества предприя-тия. Система качества - часть системы управления предприятия , ох-ватывающая основные бизнес процессы (в настоящее время более 20 процессов). Разработана в середине 1980-х годов как обобщение пе-редового опыта по обеспечению качества и воплощение Глобальной Европейской концепции в области качества. Предназначена для ре-шения следующих основных задач:

обеспечения климата доверия в экономике;
предоставления потребителю объективных доказательств спо-собности поставщика к производству товаров и услуг опреде-ленного уровня качества;
повышения конкурентоспособности предприятий.

Рис. 1.4. Использование конструкторских данных в ходе ЖЦ изделия
Система качества является наиболее распространенным стандар-том за всю историю ISO, их используют несколько сот тысяч пред-приятий практически во всех странах мира. Соблюдение требований стандарта в настоящее время рассматривается как пропуск на между-народный рынок товаров и услуг. В России с 1998 г. соблюдение тре-бований ISO 9000 - обязательное условие для получения госзаказа (постановление Правительства РФ №113 от 02.02.1998 г.).

MRP - стандарт на планирование материальных ресурсов (Ma-terial Requirements Planing), первый из серии стандартов на плани-рование материальных ресурсов, разработан в 1960-х годах, обеспе-чивает согласование действий снабженческих, производственных и сбытовых подразделений по формированию заказов в реальном мас-штабе времени и материального учета. Не поддерживает нулевых производственных запасов и потому не обеспечивает поставок в ре-жиме just in time (точно в срок).

Одним из наиболее распространенных методов управления про-изводством в мире является стандарт MRP II (Manufacturing Resour-se Planning), разработанный в США и поддерживаемый американ-ским обществом по контролю за производством и запасами - Ameri-can Production and Inventory Control Society (APICS). MRP II - это набор проверенных на практике разумных принципов, моделей и процедур управления и контроля, служащих повышению показате-лей экономической деятельности предприятия.

С середины 1990-х годов стандарт MRP II применяется для пла-нирования потребностей в распределении и ресурсах на уровне пред-приятия - Enterprise Resourse Planning, а интегрированные програм-мные продукты, обеспечивающие такое планирование, называются ERP-системами (например, SAP R3, BAAN, MGF/PRO, Oracle Ap-plication).

Как известно, система класса MRP II имеет целью электронное моделирование всех основных процессов, реализуемых предприятием, таких как снабжение, запасы, производство, продажа и дистрибуция, планирование, контроль за выполнением плана, за-траты, финансы, основные средства и т.д. Следует отметить, что Международный стандарт по управлению качеством процессов ISO 9000 обязывает иметь на предприятии указанные модели, хотя и не требует их электронной реализации.

ERP - дальнейшее развитие стандарта на организацию производ-ства и материально-технического снабжения (Enterprise Resource Planing) - разработан в 1990-х годах. Поддерживает концепцию CIM (компьютеризованного интегрированного производства) и оптималь-ного управления логистическими потоками в реальном масштабе вре-мени, поставки в режиме just in time (точно в срок).

В настоящее время развивается в концепции DRP (Dynamical Resource Planing) - организации производства динамической конфи-гурации, в которой бизнес процессы могут оптимально изменяться, в зависимости от изменения задач. Поддерживает концепции глобали-зации бизнеса, работы в режиме 24x365 и т.д. .

ФСА - функционально-стоимостной анализ - технология разра-ботки и анализа продуктов, позволяющая сократить себестоимость про-дуктов на основе выравнивания соотношения «важность - стоимость» элементов продукции. Разработай в США в конце 1940-х годов, принят как стандарт большинством развитых стран в конце 1960-х.

ФФА - функционально-физический анализ - технология разра-ботки и анализа технических систем, позволяющая разрабатывать продукты, реализующие эффективные принципы действия. Разрабо-тан в СССР в конце 1970-х - начале 1980-х годов, в настоящее время достаточно широко внедряется в развитых странах бывшими совет-скими специалистами.

FMEA - анализ (Failure mode and effect analysis) - анализ при-чин и последствий дефектов для потребителей - метод анализа про-дуктов и процессов, позволяющий выявить элементы конструкции (анализ продуктов) или операции процессов (анализ процессов), имеющие повышенный потенциальный риск для потребителя и разработать предупреждающие мероприятия, снижающие риск до приемлемых величин. Разработан рядом авиакосмических фирм США в рамках программы полета к Луне НАС А в середине 1960-х го-дов. В настоящее время является фактическим стандартом в боль-шинстве развитых стран.

QFD (quality function deployment) - развертывание функций качества - технология разработки и подготовки производства про-дуктов, позволяющая эффективно преобразовывать запросы потре-бителя в технические требования. Использует ряд последовательно перестраиваемых таблиц - «домиков качества» - для всех стадий раз-работки и подготовки производства изделий. Разработана в 1970-х годах в Японии. В настоящее время широко применяется в большин-стве развитых стран, где рассматривается как эффективное оружие в конкурентной борьбе .

^ 2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИИ
2.1. Обеспечение информационных систем

на предприятии

В современных условиях участниками жизненного цикла конк-ретного изделия могут быть юридически и территориально не связан-ные друг с другом предприятия. CALS-технологии призваны слу-жить средством, интегрирующим существующие па предприятиях ав-томатизированные системы обработки информации в единую функ-циональную систему. Главная задача создания и внедрения CALS-технологий - обеспечение единообразных описаний и смысло-вой интерпретации данных независимо от места и времени их получе-ния в общей информационной системе. CALS-технологий не отвергают существующие автоматизированные системы обработки информации (САПР, АСТПП, АСУ, АСУП и др.), а служат средством их интеграции и эффективного взаимодей-ствия. При этом внедряется и поддерживается стандартизация проектной, технологической и эксплуата-ционной документации, понятийного аппарата и языков представления данных.

По аналогии с системами автоматизированного проектирования в составе CALS различают лингвистическое, информационное, матема-тическое, программное, методическое и техническое обеспечение системы.

К лингвистическому обеспечению CALS относятся языки и фор-маты данных о промышленных изделиях и процессах, используемые для представления и обмена информацией на всех этапах жизненного цикла изделий.

^ Информационное обеспечение составляют базы данных, содер-жащие сведения о промышленных изделиях. Эти данные используются различ-ными системами в процессе проектирования, производства, эксплуа-тации и утилизации изделий. В состав информационного обеспечения входят также серии международных и национальных CALS-стандартов и спецификаций.

^ Математическое обеспечение CALS включает, модели и алго-ритмы взаимодействия различных систем и их компонентов в CALS-технологиях. К этим моделям относятся методы структурного и имитационного моделирования, методы планирования и управле-ния процессами, распределения ресурсов и т.п.

^ Программное обеспечение CALS представлено программными комплексами, предназначенными для поддержки единого информа-ционного пространства на всех этапах жизненного цикла изделий. Это системы управления документами и документооборотом, управ-ления проектными данными, обеспечения взаимодействия предприятий в элект-ронном бизнесе, подготовки интерактивных электронных техниче-ских руководств и некоторые другие.

^ Методическое обеспечение CALS представлено методиками осуществления таких процессов, как структурирование сложных объек-тов, их функциональное и информационное моделирование, парал-лельное (совмещенное) проектирование и производство, объект-но-ориентированное проектирование, создание онтологии приложе-ний.

К техническому обеспечению CALS относят аппаратные средст-ва получения, храпения, обработки и визуализации данных при ин-формационном сопровождении изделий. Взаимодействие частей вир-туальных предприятий, систем, поддерживающих разные этапы жиз-ненного цикла изделий, происходит через линии передачи данных и сетевое коммутирующее оборудование.

На рисунке 2.1 представлены виды программного обеспечения информационных систем и их место в жизненном цикле изделия.

Рис. 2.1. Этапы жизненного цикла промышленных изделий и системы их автоматизации
Ниже представлена расшифровка названий автоматизированных систем:

CAE - Computer Aided Engineering (автоматизированные рас-четы и анализ);
CAD - Computer Aided Design (автоматизированное проекти-рование);
САМ - Computer Aided Manufacturing (автоматизированная технологическая подготовка производства);
CAPP - система проектирования технологических процессов (ТП), которая позволяет с различной степенью автоматизации проектировать единичные, групповые и типовые технологические процессы по многим направлениям: механообработка, гальваника, сварка, сборка, термообработка и т.д.;
PDM - Product Data Management (управление проектными данными);
ERP - Enterprise Resource Planning (планирование и управле-ние предприятием);
MRP-2 - Manufacturing (Material) Requirement Planning (планирование производства);
MES - Manufacturing Execution System (производственная ис-полнительная система);
SCM - Supply Chain Management (управление цепочками по-ставок);
CRM - Customer Relationship Management (управление взаи-моотношениями с заказчиками);
SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition (диспет-черское управление производственными процессами);
CNC - Computer Numerical Control (компьютерное числовое управление);
SFA - это Sales Force Automation (Автоматизация деятель-ности по продажам);
IETM - Interactive Electronic Technical Manuals (интерактивные электронные технические руководства )
СРС - Collaborative Product Commerce (совместный электрон-ный бизнес). [Соломенцев]
PLM - Product Lifecycle Management (Управление данными жизненного цикла изделий).

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).

Пособие является практико-ориентированным. Последовательно изучая материал каждой темы, можно самостоятельно обучиться работе в таких программах, как AutoCAD, MS Word, MS Exel, MathCAD, освоить язык гипертекстовой разметки HTML. Кроме теоретического материала и практических заданий, учебное пособие содержит контрольные вопросы по каждой теме и примеры контрольных работ.
Предназначено для изучения курса «Информационные технологии» по группе специальностей «Машиностроительное оборудование и технологии» в учреждениях среднего специального образования. Отдельные разделы могут быть использованы для изучения учебной дисциплины «Информационные технологии» по специальностям «Техническая эксплуатация автомобилей», «Автосервис» и др. Многие темы окажутся интересными и полезными учащимся колледжей, техникумов, вузов, мастерам и преподавателям различных учебных заведений, а также специалистам в области машиностроительного производства и информационных технологий.

Системы автоматизированного проектирования.
В стране и за рубежом широко разрабатываются и внедряются системы автоматизированного проектирования (САПР). САПР представляет собой комплекс технических средств программного и математического обеспечения, предназначенный для выполнения в автоматическом режиме инженерных расчетов, графических работ, выбора вариантов технических и организационных решений.

Термин САПР (англ. CAD) появился в конце 50-х годов XX в. Первые CAD-системы появились 10 лет спустя. Со временем CAD-системы, как системы геометрического моделирования, были значительно усовершенствованы: появились средства 3D-моделирования, параметрического конструирования, был улучшен интерфейс программ.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Информационные технологии в машиностроении, Скроб О.В., 2012 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Сбои и ошибки компьютера, Простой и понятный самоучитель, Леонов В.С., 2015
Мультимедиатехнологии в образовании, Учебное пособие, Суханова Н.Т., Балунова С.А., 2018

Следующие учебники и книги.

информационная технология машиностроение

Оперативно - производственное планирование в условиях ИАСУ. (Интегрированная Автоматизированная Система Управления)

Нормой хозяйствования отечественных предприятий в рыночных условиях является применение средств вычислительной техники в процессе внутрифирменного планирования. Применение их в условиях немассовых типов производства обусловлено необходимостью выполнения большого объема трудоемких расчетов и весьма сложных графических построений.

Реализация процессов производственного планирования и управления осуществляется в настоящее время на большинстве современных предприятий с использованием комплекса ИТ, включающего программное обеспечение и аппаратные средства вычислительной техники, которые в совокупности образуют автоматизированную систему управления (АСУ).

При построении эффективных АСУ осуществляют согласованную автоматизацию как сферы материального производства, так и сферы собственно информационной технологии на всех уровнях и стадиях на основе концепции интегрированных автоматизированных систем управления (ИАСУ). ИАСУ осуществляет автоматизацию как материальной, так и информационной составляющих производственного процесса в их взаимосвязи от формирования портфеля заказов до сбыта и отгрузки готовой продукции. АСУ являются составной частью систем информационной поддержки жизненного цикла (ЖЦ) изделия - САЬ8-технологий. Это направление включено в состав критических технологий, утвержденных Президентом Российской Федерации.

ИАСУ многономенклатурным производством состоит из функционально и эксплуатационно-законченных подсистем, каждая из которых может функционировать самостоятельно, обмениваясь информационными массивами с другими подсистемами. Эти подсистемы могут быть резидентными на различных иерархических уровнях и эксплуатироваться в составе различных организационных служб. Подсистемами, на которые можно подразделить ИАСУ, являются: подсистема управления производственно-хозяйственной деятельностью (АСУ ПХД); подсистема управления технологической подготовкой производства (АСУ ТТ1П); подсистема оперативного управления ходом автоматизированного производства (АСУ АП).

Головным компонентом ИАСУ, обеспечивающим управление организационно-экономическими процессами предприятия на всех уровнях, является АСУ ПХД. В состав АСУ ПХД, в свою очередь, входят следующие подсистемы: технико-экономическое планирование; управление финансовой деятельностью; бухгалтерский учет; оперативное управление основным производством; управление качеством; управление кадрами; управление вспомогательным производством.

Центральное место в подсистеме оперативного управления производством занимают функции планирования и моделирования хода производственного процесса. Их можно распределить на две подсистемы:

1) подсистема календарного планирования и учета. Функции подсистемы:

составление межцехового календарного плана, координирующего работу цехов и служб;

расчет производственных программ цехов и участков;

расчет нормативов движения производства;

расчет календарных графиков, определяющих порядок, последовательность и сроки изготовления продукции;

оперативный пооперационный учет;

учет наличия готовых деталей, сборочных единиц и изделий на складах;

учет технической готовности заказов и пр.;

2) подсистема оперативного регулирования хода производства. Функции подсистемы:

анализ отклонений от установленных плановых заданий и календарных графиков производства и принятие оперативных мер по их ликвидации.