книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 3 Зубчатые передачи и муфты. Пусковые устройства. Трубопроводные и электрические коммуникации. Уплотне

означает, что информация, циркулирующая в СК, должна быть представлена в форматах, регламентированных ИПИ-стандартами и систе­ мами, входящими в интегрированную информа­ ционную систему предприятия (ИИС).

При создании и технологической подготовке производства нового изделия в рамках ИИС, включающей в себя CAD/CAM/CAE-системы, PDM- и ERP-системы, создаются информаци­ онные объекты (ИО), соответствующие каждо­ му компоненту: детали, сборочной единице, аг­ регату, материалам и т.д. С точки зрения си­ стемы качества, каждый ИО должен соответ­ ствовать ряду характеристик (технические требования, технические условия и т.д.).

Основные функции СК в процессе производ­ ства состоят в проведении и документальном оформлении контрольных операций, которые можно разделить на три группы:

1)входной контроль;

2)операционный контроль заготовок, деталей

исборочных единиц;

3)выходной контроль готового изделия.

Вкачестве инструментального средства, поддерживающего в ИИС процедуры контроля, используются средства PDM-системы. Как бы­ ло определено ранее, PDM-система позволяет формировать структуру и состав любого конк­ ретного изделия с произвольным набором ком­ понентов и уровней входимости. Каждому ком­ поненту могут быть поставлены в соответствие результаты контроля на всех этапах проекти­ рования, подготовки производства, изготовле­ ния, испытаний и сборки.

Таким образом, с помощью PDM-системы обеспечивается информационное взаимодей­ ствие СК и ИИС предприятия в соответствии

сИПИ-технологией.

16.12. Анализ и реинжиниринг бизнес-процессов

Одним из элементов построения системы ка­ чества в соответствии с ИСО-9000 является переход в управлении предприятием на так на­ зываемый процессный подход. В рамках авто­ матизированных систем этот подход находит реализацию в управлении бизнес-процессами. Бизнес-процессами принято называть совокуп­ ность конструкторских, технологических, орга­ низационно-деловых и других процессов, проте­ кающих на предприятии. Реализация бизнеспроцессов в системах типа PDM, ERP, систем документооборота позволяет по-новому подой­ ти к проблемам создания ИИС.

Если ранее в рамках реализации информаци­ онных проектов пользователи работали с едины­ ми базами данных и обменивались информацией между собой, то внедрение функций Workflow во все перечисленные выше системы позволяет сконцентрировать внимание на правилах взаимо­ действия между участниками процесса.

Концепция ИПИ предполагает не только реа­ лизацию процессного подхода в элементах ИИС, но и системное изменение и совершенствова­ ние бизнес-процессов разработки, проектирова­ ния, производства и эксплуатации изделий. Для этого используется набор специальных ме­ тодов реинжиниринга бизнес-процессов (business process reengineering). Средства описания и ана­ лиза бизнес-процессов первоначально были раз­ работаны в США. Это так называемые мето­ дологии IDEF (Icam - Integrated Computer Aided Manufacturing - DEFinition). Методология IDEF состоит из трех частных методологий, основан­ ных на графическом представлении систем:

IDEF0 - функциональное моделирование; отображает процессы и функции системы, а так­ же потоки информации и материальных объ­ ектов;

IDEF1 - информационное моделирование, отображает структуру и содержание информа­ ционных потоков, необходимых для поддержа­ ния функций системы;

IDEF2 - динамическое моделирование меня­ ющихся во времени функций, информации и ре­ сурсов системы.

ВСША методологии IDEF0 и IDEF1 получи­ ли статус государственных стандартов.

ВЕвропе все больше сторонников завоевы­ вает методология моделирования, анализа и ре­ инжиниринга бизнес-процессов, предложенная немецким ученым Г. Шеером, - ARIS [16.4; 16.9].

Собственно реинжиниринг бизнес-процессов, вне зависимости от используемой методологии, осуществляется в три этапа:

1)создание функциональной модели бизнеспроцесса «как есть»;

2)создание альтернативных вариантов бизнеспроцесса «как должно быть»;

3)выбор и внедрение предпочтительного ва­ рианта на основе взвешенной оценки критерия ми­ нимума затрат и рисков.

Наиболее предпочтительным является после­ довательный реинжиниринг, основанный на внед­ рении комплексов программных и технических средств, выбранных из условия стратегического планирования.

Так, при внедрении PDM-системы на пред­ приятии последовательно будут подвергнуты реинжинирингу бизнес-процессы:

-согласования и утверждения конструктор­ ской документации;

-проведения изменений КД;

-работа с нормативно-технической доку­ ментацией;

-формирования конструкторских и техноло­ гических составов изделия и т.д.

При внедрении ERP-системы реинжинирингу подлежат бизнес-процессы:

-организации внутренних и внешних матери­ альных потоков;

-административно-хозяйственные и эконо­ мические.

Описание бизнес-процессов «как есть» мо­ жет быть полезно и без внедрения каких-то но­ вых глобальных систем автоматизации. Но при одном условии: на предприятии должна быть на­

лажена жесткая система внесения изменений в эти описания при любых организационных и технических реформациях. Если это условие не соблюдается, то уже через короткое время описания бизнес-процессов перестанут соответ­ ствовать реальному состоянию, как вследствие структурной реорганизации (очень модной в на­ ше время), так и в результате внедрения, напри­ мер, CAD/CAM-системы или любого локаль­ ного программного продукта.

16.13. Основы трехмерного проектирования

На сегодняшний момент историю развития САПР-систем можно обозначить несколькими крупными этапами:

1) автоматизация создания чертежей (такие системы в основном автоматизируют работу чер­ тежника);

2)каркасное и поверхностное моделирование;

3)твердотельное моделирование;

4)проектирование с использованием баз знаний. Одними из первых систем автоматизирован­

ного проектирования (САПР) появились систе­ мы плоского черчения, представляющие собой автоматизированные чертежные доски, пред­ назначенные для представления плоского изобра­ жения проектируемого изделия. Конструкторы, создавая чертеж в таких системах, получали вы­ сококачественное исполнение чертежа на бумаге. Кроме этого автоматизировались такие проце­ дуры, как простановка размеров, допусков, создание таблиц, текстов и многое другое. Бла­ годаря этим системам изготовление чертежей занимает меньше времени [16.7].

Однако у этих систем есть один весьма су­ щественный недостаток. Они помогают эффек­

16.13. Основы трехмерного проектирования

тивно и быстро создавать чертежи, но в их файлах данных хранились только плоские представления изделия. Чертежи изображали трехмерные объек­ ты, и тому, кто пытался в них разобраться, при­ ходилось самому восстанавливать трехмерный образ объекта по его плоскому представлению.

Современные САПР среднего и высшего уровня обладают способностью представлять изделие в трехмерном пространстве. Это важ­ ное свойство, поскольку оно позволяет конст­ руктору разрабатывать с помощью компьютера полную трехмерную геометрию изделия, а не его плоскую иллюстрацию. Выигрыш в использова­ нии современных САПР при проектировании, изготовлении и контроле состоит еще и в том, что созданную конструктором трехмерную гео­ метрическую модель можно использовать на та­ ких этапах проектирования изделия, как:

-газодинамические расчеты;

-расчеты на статическую прочность;

-определение собственных частот;

-выпуск конструкторской и технологической документации (чертежи, извещения, карты эски­ зов и т.д.);

-оформление различных отчетов (создание иллюстраций, рисунков);

-создание электронных руководств по эксп­ луатации изделия, рекламных материалов;

-технологическая проработка изделия и мно­ гое другое.

16.13.1. Общие принципы трехмерного проектирования

Во всех современных системах трехмерного проектирования построение объемной геометри­ ческой модели (ГМ) детали осуществляется по общему принципу, смысл которого состоит в последовательности булевских операций (объе­ динения, вычитания, пересечения) с различными элементами (параллелепипед, цилиндр, сфера, конус и т.д.). Проиллюстрируем это на примере (рис. 16.8).

Выполняя простые действия можно построить ГМ любой сложности.

16.13.1.1. Способы создания геометрических моделей

Для создания объемного тела ГМ использу­ ются несколько способов (рис. 16.9):

1)вытягиванием вдоль вектора;

2)вращением;

3)вытягиванием вдоль направляющей;

4)по сечениям;

5)создание тела из трехмерных примитивов: блок, цилиндр, конус, сфера.

I V*

аа

18

Рис. 16.10. Эскизы

Для создания плоских образмеренных конту­ ров существует элемент построения - эскиз. Эскиз - это плоский контур, состоящий из любых типов кривых, который рассчитывается с помощью наложенных на кривые геометри­ ческих ограничений (параллельность, соосность, равная длина и т.д.) и размеров (размер по гори­ зонтали, радиус, угловой размер и т.д.). Эскиз является очень удобным средством первона­ чального выражения конструкторской идеи, исходной базой для дальнейших построений объемного тела. С помощью его можно созда­ вать на плоскостях образмеренные контуры детали или профиль выреза и т. п. (рис. 16.10).

Для создания объемных тел вытягиванием, вращением и другими способами необходимо со­ здать соответствующую операцию построения. В разных системах трехмерного проектирования существуют разные способы создание геометрии детали, но основными являются:

-выдавливание;

-вращение;

-создание тела протягиванием контура вдоль направляющих;

-создание тела по сечениям;

Рис. 16.11. Геометрические объекты

- создание тела из трехмерных примитивов: блок, цилиндр, конус, сфера.

Существуют и другие операции создания эле­ ментов построения, например: отверстие, бобыш­ ка, карман, паз и т.д. Кроме операций создания элементов построения, есть операции над элемен­ тами построения, например: скругление, фаска, уклон и т. п.

Таким образом, создание объемной геометри­ ческой модели заключается в создании тел с по­ мощью операций построения, операций над эле­ ментами и последовательном объединении, вы­ читании и пересечении полученных тел.

16.13.1.2. Основные термины объемной геометрической модели

Элементы построения, из которых состоит объемное тело, образуют в нем геометрические объекты: грани, ребра и вершины (рис. 16.11) [16.7].

Грань - это область поверхности тела (не обя­ зательно плоская), имеющая общее математи­ ческое описание поверхности и ограниченная кривыми пересечениями с другими гранями (ребрами).

ветствующие расчеты. Таким образом, мы можем создать несколько вариантов конструк­ ции и выбирать наилучший результат.

Использование УСИ как основы для рабоче­ го проектирования позволяет:

1)в короткие сроки получать ГМ деталей

иузлов и проводить необходимые расчеты парал­ лельно с другими вариантами конструкции;

2)получать типовые решения конструкций;

3)проводить контролируемые изменения в из­ делии;

4)быстро оценивать варианты.

16.13.3.Принцип «мастер-модели»

Принцип «мастер-модели» заключается в том, что созданная геометрическая модель детали (узла) участвует на всех стадиях - при проектиро­ вании, изготовлении и контроле. В основу данного принципа легло понятие «ассоциативность», ко­

торое рассматривалось выше. Схематично прин­ цип «мастер-модели» представлен на рис. 16.17.

Преимущества данного принципа:

-любые изменения ГМ отражаются на всех этапах жизненного цикла изделия, в котором уча­ ствует ГМ;

-накапливаются знания о конструировании.

Созданные геометрические модели хранятся в едином архиве, поэтому они доступны любому конструктору. Все технические решения, отра­ женные в геометрической модели, могут быть использованы и в других конструкциях.

16.13.4. Накопление опыта конструирования в CAD/CAM-системах. «Мастер-процессы»

Компьютерные технологии существенно со­ кратили время, затрачиваемое на проектиро­ вание изделия. Но реальная автоматизация

Создание рекламных и презентационных материалов

Создание

электронных

руководств по эксплуатации

Включение детали или узла в электронный макет изделия

Газодинамические расчеты. Тепловые расчеты. Расчеты на статическую прочность.

Модальный анализ и т.д.

Проектирование

технологической оснастки для изготовления (пресс-формы, приспособления для механической обработки и т.д.)

Создание конструкторской и технологической документации

Обработка на станках с числовым программным управлением и к онтроль на координатно-измерительных машинах

процесса проектирования требует интеграции процесса принятия решения. При этом должен моделироваться весь цикл изготовления изде­ лия, включая не только геометрическое модели­ рование, но и описание требований к изделию, технологии изготовления, использование стан­ дартных деталей и т.д.

Традиционные методы позволяли повысить эффективность лишь отдельных этапов проекти­ рования и не давали возможности полностью

автоматизировать процесс на системном уровне. В последнее время конструктору недоста­ точно, чтобы CAD/CAM система обладала только возможностями геометрического мо­ делирования. Для современного конструктора главное, чтобы система позволяла накапливать знания, которые он применяет в своей работе. В CAD/CAM системах для накопления опыта проектирования типовых конструкций использу­ ются так называемые языки инженерных зна-

ний - Knowledge Based Engineering (КВЕ). С по­ мощью этих языков создаются приложения КВЕ, в которых описаны правила проектирования кон­ струкций любой сложности (рис. 16.18) [16.9].

Как правило, работа конструктора, расчетчи­ ка или технолога состоит из множества однотип­ ных операций. Если эти однотипные операции фор­ мализовать и описать, то конструирование све­ дется к прохождению нескольких шагов к требу­ емому результату. Главное, что специалист будет занят конструированием, а не геометрическими построениями. Последовательность таких шагов определяет так называемый «мастер-процесс».

Например, «мастер-процесс» построения пера лопатки ГТД по плоским сечениям:

-считывание данных сечений пера (коорди­ наты точек спинки и корыта, радиусы входной

ивыходной кромок и т.д.);

-построение сечений пера;

-построение поверхностейспинки икорытапера;

-создание удлинений относительно первого

ипоследнего сечений спинки и корыта пера;

-создание поверхности входной и выходной кромки;

-сшивание отдельных поверхностей пера

втвердое тело.

Повторное использование накопленного опы­ та и полученных знаний приводит к существен­ ному сокращению времени разработки и повы­ шения качества изделия.

Выгоды от внедрения системы проектирова­ ния на основе баз знаний и «мастер-процессов»:

16.13.Основы трехмерного проектирования

-стандартизация процессов проектирования изделий;

-быстрое нахождение наилучших решений проектирования изделий;

-накопление, распространение и стандарти­ зация знаний, которые раньше находились в го­ ловах конструкторов;

-гарантированное качество конечного изде­ лия, основанное на стандартах предприятия;

-уменьшение затрат на проектирование но­ вых изделий;

-защита от потерь знаний на предприятии. Проектирование с использованием баз зна­

ний - это основа, на которой надо строить весь процесс проектирования изделия. Как правило, проектирование с использованием баз знаний должно охватывать все этапы проектирования изделия - от идеи до производства.

16.13.5. Моделирование сборок

Моделирование сборок предназначено для создания ГМ сборочных деталей и узлов. Мо­ делирование сборок имеет следующие преиму­ щества:

- геометрия детали не дублируется в сборке; сборка содержит только ссылки на геометрию деталей;

- можно моделировать отдельные детали в контексте сборки, т. е. использовать геометрию соседних деталей или управляющих структур изделия (УСИ);