Средства архивизации геометро-графической информации в процессе автоматизированного проектирования на крупном предприятии

Актуальность.

Важнейшейзадачей для стабилизации и расширения промышленного производства является переход на безбумажную технологию проектирования, производства и сбыта продукции. По прогнозам [47], после 2000 года невозможно будет реализовать продукцию машиностроения без электронной документации. Кроме того, зарубежными экспертами указанное обстоятельство рассматривается как средство ограничения доступа на международный рынок продукции тех стран, которые не смогли освоить безбумажную электронную технологию, которая именуется CALSтехнологией.

Под CALS-технологиями (Computer Aided Acquistion and Life Cicle Support), составляющими основу безбумажного электронного документирования, понимается принципиально новая компьютерная система электронного описания процессов разработки, комплектации, производства, модернизации, сбыта, эксплуатации, сервисного обслуживания и утилизации продукции военного, гражданского и двойного назначения, состоящая из комплекса международных и согласованных с ними национальных стандартов и позволяющая интегрировать в единый комплекс материальные и информационные потоков, существующие на всех этапах жизненного цикла изделия.

Существующие на данный момент информационные технологии, в том числе используемые в ОАО «ГАЗ», относятся к отдельным этапам проектирования, производства, сбыта и поддержки жизненного цикла продукции.

Крупнейшие европейские автомобильные и аэрокосмические фирмы выступили с инициативой ПИТ (Передовые информационные технологии), поддержанной Европейским сообществом в виде программы ESPRIT [81, 87, 90], являющейся одной из реализаций CALS — технологий, с целью повышения конкурентоспособности производств посредством применения передовых информационных технологий (ИТ). Анологичная программа разработана и находится в реализации в Российской Федерации [4, 16 ].

Целями использования CALS-технологий являются:

• сокращение затрат на реализацию жизненного цикла изделия в целом;

• повышение эффективности и сокращение затрат в бизнес-процессах;

• повышение конкурентоспособности и рыночной привлекательности производимой продукции;

• создание предпосылок для сохранения и расширения рынков сбыта.

Конечной целью CALSтехнологий является появление на рынке стандартизованных инструментов, систем и изделий, которые можно без труда сконфигурировать в соответствии с требованиями потребителя. Одним из заключений пилотной стадии ПИТ было следующим [74]: «будущие системы проектирования должны основываться на цифровой оценке проекта, включая возможности построения комплексных моделей и математического моделирования.».

Такая оценка и совместное кооперативное проектирование и производство изделия может быть эффективным в случае, если оно базируется на основе единой информационной электронной модели изделия.

Электронной моделью изделия называется комплекс информационных массивов, хранящийся как в памяти ЭВМ, так и на различных электронных носителях, удовлетворяющий требованиям национальных и международных стандартов, и содержащий геометро-графические и текстовые данные о проектируемом или производимом изделии.

Дальнейшим развитием концепции CALS стала концепция «ВИРТУАЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ» [ 4, 16 ].

Виртуальное предприятие — это группа предприятий, объединенных на контрактной основе, не имеющая юридической организационной инфраструктуры, но объединенноые единой информационной инфраструктурой с целью использования компьтерной поддержки жизненного цикла конкретного изделия.

Виртуальные предприятия создаются в сжатые сроки, эффективно функционируют и распадаются по завершению совмествного проекта. Одно и тоже предприятие может одновременно входить в состав нескольких Виртуальных Предприятий.

С точки зрения аспектов управления информацией на виртуальном предприятии наиболее важные проблемы формулируются в следующем виде:

• Проблема создания распределенной компьютерной сети, поскольку виртуальное предприятие представляет собой группу компаний, каждая из которых располагает своей собственной сетью, рабочими станциями и серверами, то есть эти сети должны быть ЛОГИЧЕСКИ интегрированы для того, чтобы функционировать как единая локальная сеть.

• Проблема разделения данных, поскольку виртуальное предприятие формируется по принципу, основанному на том, что входящие в него компании по отдельности располагают чем-то ценным для внесения в общее ВИРУАЛЬНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ, то во многих случаях, эти ценности представляют собой опыт в форме существующих данных и продуктов, либо способность разрабатывать новые продукты • Проблема сопровождения данных, поскольку индивидуальным компаниям, входящим в состав ВИРТУАЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ, необходимо • функционировать как «единое» предприятие, то у них возникают вопросы по координации рабочих потоков и методологии принятия управленческих решений.

Последние две проблемы лежат в основе работ по созданию и управлению электронных архивов чертежей и моделей проектируемого и изготовляемого изделия.

Среди множества направлений развития CALSтехнологий [16, 47, 54 ] для их практической реализации на крупном машиностроительном предприятии, каким является ОАО «ГАЗ», важнейшими на данном этапе являются:

— перевод архивов чертежно-конструкторской документации на электронные носители;

— создание информационных массивов, содержащих геометро-графическую информацию о проектируемых и выпускаемых автомобилях;

— разработка и создание средств бесконтактного ввода и формирования моделей поверхностей проектируемых автомобилей.

Разрабатываемая на данной фазе конструкторско-технологическая информационная модель проектируемого продукта должна базироваться на использовании стандарта ISO 10 303 (STEP), которая включает в себя:

— геометрические данные, в том числе: чертежно-конструкторские документымодели проектируемых поверхностеймодели сборок узлов и отдельных деталей, заданных в виде моделей твердого тела в R3- технологические документы и т. д.

— информацию о конфигурации изделия;

— данные об изменениях, согласованиях и утверждениях;

— другие необходимые данные.

Использование стандартного способа представления конструкторскотехнологических данных позволяет решить проблему обмена информацией между различными подразделениями предприятия, оснащенными различными системами проектирования, а также коректную интерпретацию хранимой информации.

Традиционное бумажное документирование сложных изделий в виде сотен томов требует огромных затрат на поддержку архивов, корректировку документации, а также снижает эксплуатационную привлекательность и конкурентоспособность изделия.

Перевод документации с бумажных носителей на электронные, а также создание электронных моделей изделия, дает возможность отказаться от повторного ввода и обработки чертежно-конструкторской документации, обекпечить преемственность результатов и изменение состава участников проекта без потери уже достигнутых результатов, обеспечить заданное качество выпускаемой продукции путем электронного документирования всех выполняемых процессов и процедур, и тем самым сократить цикл конструирования изделия, на который в наукоемком производстве уходит до 80% времени всего производственного цикла.

Данное направление исследований важно в связи с развитием и внедрением в производственную практику средств автоматизированного проектирования и производства изделий различного предназначения. В процессе проектирования формируется очень большое количество чертежноконструкторской и технологической документации, которая должна быть согласована как между собой, так и со всеми подразделениями предприятия. Также эта документация должна храниться в течении всего жизненного цикла производства изделия (рис.1). Перевод документации в электронную форму накладывает ряд требований к организации процесса производства и его управления и существенно влияет на конструкторско — технологические процессы, которые могут быть организованы с меньшими затратами сил и средств.

В течение всего жизненного цикла изделия одна и та же геометро-графическая информация используется различными системами проектирования (CAD), изготовления (САМ), инженерных расчетов (САЕ), управления документооборотом (PDM), управления поставками (MRP), и другими. Каждая из этих систем использует как ранее накопленную и V W введенную в электронный архив, так и создает свою, только ей присущую, информацию, которая и создает в совокупности полную электронную модель проектируемого или производимого изделия.

13 к о.

Маркетинг Техническое задание Дизайн САй САМ САЕ РОМ М№ Эксплуатация.

Жизненный цикл изделия.

Сбыт — се.

Целью работы является разработка и реализация отдельных этапов CALS — технологий, в частности:

— организации системы средств хранения и оперативной работы с территориально распределенным архивом чертежно — конструкторской документации, в том числе с использованием телекоммуникационного доступа;

— средств бесконтактного ввода двумерной (2D) и трехмерной (3D) геометрической информации, в том числе о поверхностях проектируемых автомобилях ;

— алгоритмических и программных средств ввода и обработки болынеформатных чертежей объектов машиностроения;

— применение разработанных средств хранения и отображения геометрической и графической информации для задач оперативного управления жизнедеятельности предприятия, в частности, генерального плана предприятия и его коммуникациях (канализационных, электрических и др.), экологического мониторинга предприятия.

Научная новизна исследования состоит в:

— разработанных средствах создания, архивизации, передачи и управления корпоративными территориально распределенными большими объемами геометро — графической информации;

— разработанных средствах ввода, хранения, отображения и обработки геометрической и графической информации о моделях поверхностей проетируемых автомобилей и о генеральном плане предприятия и его коммуникациях (канализационных, электрических и др.) для оперативного управления жизнедеятельностью предприятия.

Практическая ценность исследования, проведенного в рамках фундаментальной НИР «Разработка теоретических основ, алгоритмов и программ геометрии и графики для параллельных технологий проектирования» (ГР № 1 970 004 538) и прикладной НИР «Разработка компьютерно-интегрированных инструментальных технологий для ускоренного изготовления мелких серий штампованных деталей сложной формы «(тема ОАО «ГАЗ» № 224−03−05) заключается в: созданных и внедренных на ОАО «ГАЗ» корпоративных территориально распределенных электронных архивах чертежно конструкторской документации, содержащем в себе в том числе единые математические модели геометрии проектируемых автомобилейразработанной методике и средствах бесконтактного ввода двумерной (2D) и трехмерной (3D) геометрической информации, в том числе о поверхностях автомобилей;

— разработанных и внедренных в практику программных и алгоритмических средствах системы автоматизированного проектирования промышленных предприятий и их фрагментов;

— созданной и используемой в решении задач оперативного управления жизнедеятельностью предприятия системе мониторинга и отображения экологической обстановки на предприятии ;

— разработанной методике проектирования штампов и пресс-форм для технологий «быстрого прототайпинга» на основе созданных электронных архивов геометро-графической информации.

На защиту выносятся:

— организация системы хранения и оперативной работы с корпоративным территориально распределенным архивом чертежно — конструкторской документации, в том числе с использованием телекоммуникационного доступа;

— средства ввода, хранения, отображения и обработки геометрической и графической информации о поверхностях проектируемых автомобилей и о генеральном плане предприятия и его коммуникациях (канализационных, электрических и др.) для оперативного управления жизнедеятельностью предприятия. средства оперативного графического отображения в системе экологического мониторинга обстановки в промышленной и жилой зонах предприятия;

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на:

— Международной конференции «Информационные технологии в инновационных проектах», Ижевск, ИжГТУ, 1999,.

— Всероссийских научно-практических конференциях по компьютерной геометрии и графике «КОГРАФ-97» и «КОГРАФ-98» (г.Нижний Новгород, 1997, 1998),.

— Итоговой научно-практической конференции сотрудников, преподавателей и аспирантов Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета «Строительный комплекс-96» и «Строительный комплекс-98» ,.

— на научном семинаре кафедры начертательной геометрии, машинной графики и теоретических основ САПР ННГАСУ в 1997, 1998 годах.

По материалам диссертации опубликовано 16 работ, список которых приведен ниже.

Публикации:

1. И. В. Румянцев, Г. Б. Широкий Автоматическая векторизация большеформатных строительных чертежей. .// В сб. Строительный комплекс — 96. Тезисы докладов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава НГАСА. Нижний Новгород, 1996.

2. И. В. Румянцев, .Г. Б. Широкий Электронный архив чертежно-конструкторской документации.// В сб. Строительный комплекс — 96. Тезисы докладов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава НГАСА. Нижний Новгород, 1996.

3. Р. А. Самсонов, А. И. Родионов, Г. Б. Широкий Автоматизация создания, ведения и проектирования генпланов промышленных предприятий.// В сб. Строительный комплекс — 96. Тезисы докладов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава НГАСА, Нижний Новгород, 1996.

4. Г. Б. Широкий Новые информационные технологии в процессе автоматизированного проектирования на крупном предприятии.// Информационные тохнологии, 1996, № 4.

5. С. В. Куртаев, Г. Б. Широкий Графический программный пакетсреда технологического проектирования «СТЕП». // В сб. материалов семинара — совещания заведующих кафедрами начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графики вузов Центральной, Поволжской, Южной, Уральской и Северо-Западной зон Российской Федерации. Нижний Новгород, 1997, 130 стр.

6. М. Г. Райкин, Г. Б. Широкий Автоматизированной формирование конструкторской документации для наружных водопроводных систем.// В сб. материалов семинара — совещания заведующих кафедрами начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графики вузов Центральной, Поволжской, Южной, Уральской и Северо-Западной зон Российской Федерации. Нижний Новгород, 1997,130 стр.

7. С. Б. Климычев, Г. Б. Широкий, А. С. Кутырев Разработка элементов гибкой технологии мелкосерийного штамповочного производства.// Кузнечно-штамповое производство, 1997, № 5, стр. 15−18.

8. А. С. Кутырев, Г. Б. Широкий, С. Б. Климычев Аттестация технологических процессов изготовления листоштампованных деталей при автоматизированной подготовке производства.// Кузнечно-штамповое производство, 1997, № 5, стр. 19−22.

9. Г. Б. Широкий, С. Г. Пургин Система автоматизированного проектирования ОАО «ГАЗ». // В сб. тезисов докладов всероссийской конференции по компьютерной геометрии и графике КОГРАФ-97, Нижний Новгород, 1997.

Ю.С. В. Митин, С. И. Ротков, Г. Б. Широкий, В. Н. Юдин Визуализация экологической обстановки на предприятии. // В межвузовском сборнике «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» Поволжского научно — методического совета по графическим дисциплинам Министерства общего и профессионального образования РФ, Н. Новгород, 1998.

11. Г. В. Соколов, Г. Б. Широкий Организация архива графической информации. // В межвузовском сборнике «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» Поволжского научно — методического совета по графическим дисциплинам Министерства общего и профессионального образования РФ, Н. Новгород, 1998.

12. М. Б. Петров, С. И. Ротков, Г. Б. Широкий Структура хранения данных при построении математических моделей топографических и специальных поверхностей. // В межвузовском сборнике «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» Поволжского научно — методического совета по графическим дисциплинам Министерства общего и профессионального образования РФ, Н. Новгород, 1998.

13. С. И. Ротков, Г. Б. Широкий Технология бесконтактного ввода и моделирования автомобильных поверхностей. //В сб. тезисов докладов Всероссийской научно — практической конференции «КОГРАФ — 98», Н. Новгород, 1998.

14. Г. Б. Широкий Автоматизированное проектирование автомобилей в ОАО «ГАЗ» // В сб. тезисов докладов итоговой научно — практической конференции сотрудников и преподавателей ННГАСУ «Строительный комплекс — 99», Н. Новгород, 1999.

15. Желтов С. Ю., Князь В. А., Ротков С. И., Широкий Г. Б. Автоматизация бесконтактного ввода геометрических данных об автомобильных поверхностях.// В межвузовском сборнике «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» Поволжского научнометодического совета по графическим дисциплинам Министерства общего и профессионального образования РФ, Н. Новгород, 1998.

16. С. И. Ротков, Г. Б. Широкий CALS — технологии и геометро-графические проблемы // В сб. материалов Международной конференции «Информационные технологии в инновационных проектах», Ижевск, ИжГТУ, 1999, стр. 6 -8.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка используемых литературных источников. Объем диссертации 126 стр. текста, 41 рис., 4 таблицы, 90 литературных ссылок.

3.4. Выводы по главе 3.

1. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для решения архитектурно-планировочных задач реконструкции предприятия на основе электронного архива чертежно-конструкторской документации, в частности:

— создан электронный генеральный план предприятия, включающий в себы растровые чертежи планировки промышленной зонысоздан пакет программ «СТЕП» — технологического проектированияи планировки цехов и размещения оборудования на базе системы AutoCAD;

— разработан пакет программ сканирования и векторизации архивных чертежей для перевода с бумажного на электронный носитель в формате системы AutoCAD.

2. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение системы мониторинга экологической обстановки, в частности, графическое отображение результатов проведения природоохранных мероприятий. Система прошла сертификацию в ВНИИВодГео и принята к промышленному применению в ОАО «ГАЗ» .

3. Разработана методология проектирования штампов и пресс-форм на основе созданного архива геометро-графическойинформации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

По изложенным в работе исследованиям можно сделать следующие выводы.

1. Разработана архитектура распределенного электронного архива моделей и чертежно-кокструкторской документации.

2. Разработана структура данных для хранения и обработки геометрической информации о моделируемых поверхностях кузова автомобиля.

3. Проведен анализ форматов передачи графических данных для обмена между системами автоматизированного проектирования. Показано, что формат системы КОМПАС-ГРАФИК компактнее и удобнее при использовании, чем аналогичные форматы других систем, особенно при формировании электронных архивов чертежно-конструкторской документации.

4. Разработана и реализована транспортно-коммуникационная система передачи геометро-графической и текстовой информации между подразделениями предприятия и предприятиями — смежниками.

5. На основе созданного электронного архива разработаны и внедрены в производственную практику ряд задач для оперативного управления жизнедеятельностью предприятия, в частности:

— электронный генеральный план предприятия с выверенной информацией о всех видах коммуникационных систем (связь, водопровод, канализация, пожарная и другие виды сетей);

— система экологического мониторинга воздушного и водного бассейнов предприятия с возможностью графического отображения результатов до и после природоохранных мероприятий.

6. Созданный электронный архив моделей проектируемых автомобилей и их чертежно-конструкторской документации является основой для разрабатываемой на предприятии системы управления документооборотом и производства.