Dassault Systemes (CATIA, SolidWorks, SIMULIA) Охватывает

28
ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНО-ИНТЕГРИРОВАННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ
1.1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КИТ
1.1.1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ТЕНДЕНЦИИ
И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КИТ
Начиная с 80-х годов XX века одним из направлений повышения
эффективности производства стало широкое применение компьютерных и
информационных технологий.
На современном этапе новые промышленные интегрированные на
этапах ЖЦИ технологии включают роботов, станки с программным управлением, компьютерные программы для проектирования, инженерного анализа, технологической подготовки производства, производства и осуществления контроля над техникой. Эти современные КИТ получили свою
реализацию в КИП (computer-integrated manufactu-ring/С1М) [7-19]. Современные КИТ, также называемые передовыми технологиями производства,
связывают вместе компоненты производства, которые прежде были отделены
друг от друга. Работа станков, роботов, конструкторско-технологических
отделов и инженерного анализа координируется одним компьютером.
Ядро структуры полноценного КИП образует так называемая несопровождаемая производственная подсистема (LOM – Light Out Manufacturing),
включающая ряд обязательных КИТ, которые делятся на три составляющие:
компьютерное проектирование (computer-aided design/ CAD), компьютерное
производство (computer-aided manufacturing/ САМ) и интегрированная
информационная сеть (Integrated Information Network).
Машины с компьютерным управлением, применяемые при обработке
материалов, производстве деталей и сборке изделий, существенно повысили
скорость
изготовления
единицы
продукции.
Компьютерные
системы
29
производства позволяют быстро переключать производственные линии с
одного вида изделий на любой другой, меняя только инструкцию для станка
или программу для компьютера. Эти системы также помогают быстро
удовлетворять запросы потребителей, касающиеся перемен в конструкции
или в ассортименте продукции.
Интегрированная информационная сеть (Integrated Information Network)
связывает все стороны деятельности фирмы, включая бухгалтерский учет,
закупки сырья, маркетинг, работу складов, проектирование, производство и
т. д. Такие системы, основанные на общих данных и общей информационной
базе, дают менеджерам возможность принимать решения и управлять
производственным процессом, воспринимая его как единое целое.
Сочетание компьютерного проектирования, компьютерного производства и интегрированных информационных систем представляет собой
наивысший уровень КИТ машиностроения. Новый продукт может быть
сконструирован на компьютере, и его опытный образец может быть
изготовлен без участия человеческих рук. Идеальное компьютеризованное
предприятие способно легко переключаться с одного вида продукции на
другой, работает быстро и с высокой точностью, без бумажной документации, тормозящей производственный процесс.
Компьютерные системы проектирования и технологической подготовки
производства снизили вероятность человеческих ошибок, и благодаря этому
количество конструкторских исправлений и переделок неправильно спроектированных компонентов уменьшилось, по сравнению с предыдущими
проектами, более чем на 50 %.
КИТ производства обеспечивают максимально возможный уровень
качества, удовлетворение запросов потребителей и снижения себестоимости
только тогда, когда все их компоненты используются в совокупности.
Применение КИТ и гибких рабочих процессов изменило весь характер
производства. Стало возможным массовое производство, ориентированное на
30
потребителя (mass customizati0n), когда заводы могут в массовом порядке
выпускать продукцию, приспособленную к конкретным нуждам покупателей.
Достоинства КИТ состоят в том, что изделия различного размера и типа,
отвечающие различным потребительским запросам, могут свободно перемешиваться друг с другом на одной сборочной линии. Штриховые коды,
нанесенные на заготовки, позволяют машинам мгновенно вносить требуемые
изменения, например вкрутить шуруп большего размера, не замедляя хода
производственного процесса. С помощью одной такой линии производитель
может выпускать бесконечное колчество видов продукции любыми
партиями.
В традиционных промышленных системах технология мелкосерийного
производства давала предприятию возможность быть гибким в выборе
производимой продукции и выполнять индивидуальные заказы потребителей, но поскольку «работа мастера» имела большое значение при изготовлении уникальных товаров, предназначенных для конкретного покупателя,
партии неизбежно должны были быть маленькими. Массовое производство
оперировало значительно более крупными партиями, но зато гибкость была
ограниченной. Технология непрерывного процесса предназначалась для
выпуска одного стандартного продукта в неограниченных количествах.
Промышленные КИТ позволяют предприятиям вырваться из тисков этой
диагонали и увеличивать в одно и то же время и гибкость, и размер партий
продукции. В своем наивысшем развитии КИТ делают возможным массовое
производство, ориентированное на потребителя (mass customization), когда
каждый продукт уникален и произведен по запросам покупателя. Этот
наивысший уровень использования КИТ получил название «компьютерного
мастерства», потому что компьютеры индивидуально проектируют каждый
продукт так, чтобы он удовлетворял вполне определенным нуждам
конкретного потребителя. Очень важную роль в этом повороте массового
производства к потребителю играет развитие Интернета, так как электронные
средства коммуникации позволяют компаниям поддерживать тесную связь с
31
каждым отдельным клиентом и к тому же облегчают и ускоряют
координацию потребительских запросов и производственных возможностей
предприятий.
Исследования показывают, что КИТ (рис.1.1) позволяет использовать
технологическое оборудование более эффективно, производительность труда
возрастает, количество отходов уменьшается, а ассортимент продуктов и
удовлетворенность покупателей увеличиваются.
Многие промышленные компании в США перестраивают свои заводы,
внедряя КИТ и объединенные системы управления (associated management
systems), чтобы повысить производительность.
В настоящее время для разработки разнообразной продукции промышленные предприятия широко используют следующие компьютерные технологии – программные средства автоматизации: CAD-системы (ComputerAided Design, CAD) – системы автоматизированного проектирования
(САПР), которые, по мере развития CAD-технологий, прошли путь от
простой электронной чертежной доски до систем двухмерного (2D), а затем и
трехмерного
(3D)
параметрического
моделирования;
CAM-системы
(Computer-Aided Manufacturing, CAM) – системы технологической подготовки производства, в первую очередь, станков с ЧПУ; CAE-системы (ComputerAided Engineering, CAE) – системы автоматизации инженерных расчетов,
составляющие основу технологий компьютерного инжиниринга – наиболее
наукоемкой составляющей PLM-технологий, так как именно эти программные системы предназначены для эффективного решения сложных нестационарных нелинейных пространственных задач, описываемых системами
нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, для
решения которых применяются, как правило, разнообразные варианты
метода конечных элементов (МКЭ), Finite Element Analysis, (FEA); PDMсистемы (Product Data Management, PDM) – системы управления данными об
изделии, иногда называемые системами для коллективной работы с инженерными данными (Collabo-rative PDM, СPDM). Среди всего многообразия
32
CAD/CAM-систем, наиболее широко представленных на рынке, выделим:
«тяжелые системы» (CATIA, Unigra-phics NX, PRO/Engineer), появившиеся в
1980-х гг. и обладающие широкими функциональными возможностями и
высокой производительностью, несмотря на то, что «тяжелые» системы
являются дорогостоящими программными системами, затраты на их
приобретение окупаются, особенно, если речь идет о сложном производстве,
например, о машиностроении, авиационной и аэрокосмической промышленности, судостроении, электро- и энергомашиностроении; «средние
системы» (SolidWorks, SolidEdge, Inventor Mechanical Desktop, Power
Solutions, Cimatron, think3 и др.), в которых, начиная с их возникновения в
середине 1990-х гг., были объединены возможности 3D твердотельного
моделирования, невысокая по сравнению с «тяжелыми» системами цена и
ориентация на платформу Windows. Эти CAD-системы произвели настоящий
переворот в мире САПР, позволив многим конструкторским и проектным
организациям перейти с двумерного на трехмерное моделирование. Среди
российских CAD/CAM-систем отметим, в первую очередь, КОМПАС, T-Flex,
ADEM; «легкие системы», которые являются самыми распространенными
продуктами автоматизации проектирования, среди множества которых,
прежде всего, следует назвать AutoCAD.
Создание единого информационного пространства – проблема актуальная для машиностроительных предприятий. Немного можно назвать примеров реализации единой информационной среды. Вслед за внедрением
CAD/ CAE/CAM, как правило, на машиностроительном предприятии стараются объединить систему управле-ния хозяйственной деятельностью ERP
(Enterprise Resource Planning – организует систему электронного документооборота; включает ведение договоров, бухгалтерии и кадров; связывает
напрямую заказы поставщику с конкретной передачей в производственную
программу для формирования заказа производству не только состав изделия,
но и технологию его изготовления, что позволяет точно планировать
ресурсы, процесс производства, начиная с технических требований и закан-
33
чивая поставкой готовых изделий, а также и программное обеспечение для
управления инженерными данными. PDM (Product Data Management –
является основой для производственного планирования и управления;
обеспечивает функционирование единой информационной среды на базе
электронного архива, организует обмен информацией между подразделениями по проектированию и планированию, с одной стороны, и производственными подразделениями – с другой стороны). Ядром PDM является
нормативно-справочная база, отражающая структуру и специфику работы
конкретного предприятия. Главная цель объединения ERP и PDM заключается в создании системы, которая позволяет контролировать затраты,
рассчитывать себестоимость продукции, планировать производство и формировать ценовую политику. Главным препятствием на пути объединения
является отсутствие модулей для взаимодействия программ от разных
разработчиков. Для управления производством требуются номенклатурные
базы данных, поэтому автоматизируются все справочники и нормативные
данные, упорядочиваются исходные данные, вводится система кодирования
для комплектующих и покупных изделий, наполняется база данных PDM.
После этого становится возможным использовать необходимую для
управления производством информацию – составы изделий, учет материалов
и комплектующих, нормы расхода и др. В PDM также поступают данные по
технологическим маршрутам, которые разрабатывают технологи. Здесь
формируется электронный архив конструкторской и технологической
документации. Соответственно, конструирование ведется в среде CAD[20-36].
В чем суть интеграции? Информация создается конструктором или
технологом и попадает в PDM. Данные вводятся один раз, далее автоматически осуществляется передача данных в одном направлении – из PDM в
ERP. Отсутствие повторного ввода исключает разночтения и снижает риск
появления в системе неточных сведений. Главным преимуществом сквозных
технологий является прозрачность информации: все документы хранятся в
единой электронной базе данных – закупочные цены, по каким счетам и от
34
какого предприятия осуществляется поставка, прошла оплата или нет; здесь
же информация о составе изделия, цифровые модели, конструкторская и
технологическая документация.
Конструктор создает модель и помещает ее в PDM, технолог использует
готовую цифровую модель при разработке техпроцесса, при этом распараллеливание работ сокращает затраты времени на проектирование.
КИТ машиностроения
Корпоративные информационные технологии (админ.,
финан., управл. ресурс.
Производственно-информационные технологии
(ИПИ, CALS, PDM/PLM)
Компьютерно-информационные
технологии инженерной инфраструктуры, зданий, территорий
Компьютерно-информационные
технологии ИИС
Компьютерно-информационные технологии
проектирования CAD, CAE
Компьютерно-информационные
технологии производстваСАМ
Компьютерно-информационные модели
Компьютерно-интегрированная
модель изделия
Компьютерно-интегрированная
модель ЖЦИ
Компьютерно-нтегрированная модель
производственно-эксплуатационной среды
Программные средства КИТ
“Тяжелые системы”: CATIA,
Unigrahic NX, PRO/Engineer
“Средние системы”: SolidWorks,
SolidEdge, КОМПАС, Cimatron
“Легкие системы” AutoCAD
Информационные средства “База знаний”
Информационная инфраструктура
передачи данных
База данных: проектная, производственная, технологическая, эксплуатационная
База данных
стандартов ИИС
Мера информации
Общепринятая в компьютерноинформационных средах
По Шеннону, Хартли
По системно-информационному
подходу
Научное определение понятия “Информация”
Рисунок 1.1 – Структура КИТ машиностроения
В чем суть технологий PLM – CALS? Вся информация об изделии,
начиная с чертежей и заканчивая крепежом при сборке, до мельчайших
подробностей вносится в электронную базу данных, где прослеживается
ЖЦИ каждой детали: где и кто изготовил, из какого металла и каким
35
способом штамповали, на каких станках фрезеровали и т.д. – все до
мельчайших подробностей. Принципиальным свойством такой информационной системы является возможность не только описать структуру
выпускаемого изделия, но и технологии изготовления, и более того –
накапливать на последующих этапах всю информацию об изготовлении
каждой детали и узла, произведенных ремонтах и заменах и т.д. Информация
в достаточной мере детализируется, чтобы при необходимости можно было
восстановить полную историю каждой детали, выявить причины отказов и
быстро внести необходимые изменения. Информационной базой пользуются
не только конструкторские и технологические службы, но также службы
технической
подготовки
и
управления
производством
предприятия-
изготовителя, поскольку формируется полная информационная модель
изделия, начиная от конструкторской спецификации и заканчивая данными о
фактическом изготовлении.
Ведущие игроки CAD:
36% Autodesk (AutoCad, Inventor)
usa.autodesk.com
www.autodesk.ru
19% Dassault Systemes (CATIA, SolidWorks, SIMULIA)
www.3ds.com
www.simulia.com
www.solidworks.com
www.dassault-aviation.com
12% Siemens PLM Software (Unigraphics, NX)
11% PTC (Pro/Engineer)
9% Bentley Systems
5% Intergraph
3% Numetschek
2% CoCreate
1% Think3
36
Ведущие игроки САПР и PLM-CALS:
Autodesk (AutoCad, Inventor) Значительный вклад в увеличение оборота
компании внесло поглощение других компаний, Autodesk приобрела
14 компаний. Выделяется тем, что поставляет программное обеспечение для
наиболее широкого круга отраслей: машиностроительной, архитектурностроительной, геопространственной, анимационно-графической. В последнее
время Autodesk добилась серъезных успехов в переводе огромной армии
пользователей с 2D- на 3D-приложения.
Dassault
Systemes
(CATIA,
SolidWorks,
SIMULIA)
Охватывает
практически все направления автоматизации проектирования на крупных
предприятиях.
PTC (Pro/Engineer,Windchill) Успешно работает в двух сегментах рынка –
«тяжелых» САПР и систем среднего класса.
Siemens PLM Software (Unigraphics, NX, TeamCenter, Tecnomatrix)
Синергетический эффект от слияния UGS с огромной группой компаний
Siemens инициирует интерес к управлению жизненным циклом изделия, что
позволяет преодолеть разрыв между этапами проектирования и производства,
который пока еще существует на промышленных предприятиях [37-39].
1.1.2. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ
С позиции КИП развитие автоматизации производственных процессов
механообработки представляет собой диалектическую спираль развития [2].
Первый виток эволюционной спирали автоматизации механообработки
характеризуется автоматизацией рабочего цикла машины и автоматизацией
поточного производства, которые включают в себя: универсальные станки,
универсальные автоматы и полуавтоматы, специальные и специализированные автоматы и полуавтоматы, агрегатные станки, автоматические линии
37
из агрегатных станков, автоматические линии из универсальных автоматов,
комплексные автоматические линии и автоматические заводы.
Развитие автоматизации средств производства в машиностроении – от
универсальных станков, специализированных станков, станков автоматов,
автоматических линий и «жестких» заводов автоматов реализовался за более
чем за двести лет: с 1712 года (первый токарно-копировальный станок
А. К. Нартова) до 1951 года (первый автоматический завод для изготовления
автомобильных поршней в СССР).
Второй виток эволюционной спирали автоматизации основного производственного
процесса
механообработки
характеризуется
появлением
числового программного управления. Это, прежде всего появление станков с
ЧПУ, автоматов с ЧПУ, специализированных станков с ЧПУ, обрабатывающих центров (ОЦ).
Во второй половине 60-х годов 20го века гибкие производственные
системы механообработки стали этапом перевооружения машиностроительной промышленности. Это открыло пути решения сложившегося
противоречия между высокой производительностью и отсутствием мобильности оборудования массового производства и высокой мобильностью и
низкой производительностью универсальных станков единичного и серийного производства.
Решение задачи повышения мобильности при выпуске новой техники в
единичном и серийном производстве привело к созданию универсальных
станков с числовым программным управлением (ЧПУ).
Второй виток диалектической спирали развития автоматизации производственных процессов механообработки – повторил первый, но на новом
принципе управления – электронно-программном, при этом с повышением
производительности каждого вида оборудования повысилась и его гибкость.
На второй виток было затрачено немногим более 30 лет.
Третий виток эволюционной спирали автоматизации механообработки
характеризуется наличием гибких производственных систем и гибких автома-
38
тизированных производств. Сюда можно отнести появление станков с ЧПУ–
СNС, ОЦ фрезерно-расточные с СNС, ОЦ – токарные с СNС, ГПС со специализированными ОЦ массового производства, ГПС (ГАП) + САПР + АСТПП,
автоматизированный завод.
Развитие электроники и применения ЭВМ и микропроцессоров позволило создание универсальных машин и станков с ЧПУ, управляемых непосредственно от ЭВМ в режиме разделения времени. Это дало начало
третьему витку развития автоматизации производственных процессов в
машиностроении и других отраслях промышленности.
Управление от одной ЭВМ несколькими рабочими машинами, станками
с ЧПУ и вспомогательным оборудованием позволило связать станки
управлением и единым автоматическим транспортом в группы, т.е. создать
системы машины. Индивидуальные станки с ЧПУ типа CNC, станки типа
обрабатывающий центр (ОЦ), фрезерно-расточные и токарные – основа
гибких производственных систем. На базе ОЦ создаются гибкие производственные модули, участки, линии. На этом витке началось соединение в
единую
систему
всех
производственных
функций:
конструирования,
технологической подготовки производства, обработки, сборки, испытаний,
т.е. начали появляться гибкие автоматизированные производства (ГАП).
Третий виток был пройден за 10-15 лет.
Четвертый виток эволюционной спирали автоматизации механообработки характеризуется появлением гибких автоматических производств
и безлюдных заводов. Он начался созданием автоматизированного производства полностью интегрированного на базе ЭВМ пятого поколения (промышленные персональные компьютеры, в частности модели KIM–Kontrol
Intelligence Minicomputer, KIM 786LCD-mITX, KIM 886LCD-M/mITX.
KIM986LCD-M/mITX), отличающихся высоким уровнем надежности, совместимостью с различными технологиями, а также хорошей расширяемостью
конфигурации и длительным жизненным циклом.
39
Пятый виток эволюционной спирали автоматизации механообработки
характеризуется появлением безотказных самовосстанавливающихся производственных систем.
Шестой виток эволюционной спирали автоматизации механообработки
характеризуется появлением самообновляющиеся производственных систем
и т.д.
Развитие информационных технологий позволяет автоматизировать всю
производственную цепочку технологического оборудования – система
распределенного управления непрерывными и периодическими процессами,
в частности NMI/SCADA – программы. Дальнейшее развитие науки и
техники, решение проблемы надежности и самодиагностики рабочих машин
и интеллектуальности систем переведут развитие автоматизации средств
производства на следующий виток, когда будут созданы безотказные
самовосстанавливающиеся рабочие машины, системы, заводы.
Создание искусственного интеллекта будет залогом успешного решения
этой задачи. Диалектическая спираль развития автоматизации механообработки может быть представлена в виде последовательности этапов [2]:
1. Автоматизация рабочего цикла машины, автоматизация поточного
производства.
2. Числовое программное управление.
3. Гибкие производственные системы, гибкие автоматизированные
производства.
4. Гибкие автоматические производства, безлюдные заводы.
5. Безотказные самовосстанавливающиеся производственные системы.
6. Самообновляющиеся производственные системы и т.д.
Следует заметить, что автоматизация машиностроения характеризуется
не только компьютерными технологиями, но и наличием новых физических
свойств производственной системы.
40
1.1.3. КОНЦЕПЦИЯ КОМПЬЮТЕРНО-ИНТЕГРИРОВАННОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Основой развития современного машиностроения в мире является компьютеризация и интеграция всех производственных процессов и управления
производством от начала разработки до поставки готовой продукции
потребителю.
Интеграция в производственных системах или комплексах (в широком
смысле, как это теперь понимается в рамках концепции международных
стандартов ИСО серии 9000) независимо от категории и вида производственной деятельности и отрасли народного хозяйства, а также уровня и
масштаба интеграции (начиная с низшего уровня, интеграции операций на
одном
рабочем
месте
и
кончая
интеграцией
на
самом
высоком,
международном уровне) [46].
Если опираться на идеологию, соответствующую указанным международным стандартам, то следует в первую очередь говорить об интеграции с
целью совершенствования деятельности по обеспечению всех этапов ЖЦИ
(англ, life-cycle), на чем основывается современная теория управления
качеством [47]. В соответствии со стандартами ИСО серии 9004 [49-50]
принято выделять одиннадцать этапов жизненного цикла.
1. Маркетинг, поиски рынков, анализ состояния рынков, выработка
рекомендаций по выпуску продукции.
2. Разработка технических требований, проектирование изделий.
3. Разработка технологических процессов, технологическая подготовка
производства.
4. Материально-техническое обеспечение производства.
5. Процессы изготовления (производство в узком смысле).
6. Проведение контрольных, приемо-сдаточных и иных испытаний.
7. Упаковка, маркировка и хранение произведенных изделий.
8. Распределение, транспортирование и реализация изделий.
41
9. Монтаж и эксплуатация.
10. Техническая помощь в обслуживании.
11. Утилизация после окончания срока использования или эксплуатации.
Графически этот цикл принято представлять в виде окружности или
любой замкнутой кривой с разметкой по этапам; когда происходит
замыкание контура, это означает, что после утилизации цикл начинается
сначала, уже для нового изделия.
Иногда этот цикл представляют в виде винтовой линии; при этом подразумевается, что для нового изделия (или новой модификации того же
изделия) начинается следующий виток. В течение первых пяти этапов
изделие еще не существует, на последнем – уже не существует. Однако
следует иметь в виду, что представление о замыкании цикла или выходе на
новый виток лишь по окончании предыдущего витка является абстрактной
схемой и не соответствует опыту реальной деятельности. На самом деле в
любой организации всегда идет параллельная работа над многими изделиями
или над многими модификациями одного изделия, причем в любой момент
времени эти изделия находятся на разных этапах.
Учитывая это, правильнее было бы представить общую картину в виде
семейства наложенных друг на друга винтовых линий со смещенными друг
относительно друга точками этапов.
Независимо от общественного строя и типа экономики интеграция по
последовательным этапам ЖЦИ осуществляется проще всего в масштабах
завода, комбината, компании или фирмы. Традиционно во всех странах
интегрирование осуществлялось в пределах одной и той же организации
лишь по части этапов.
В настоящее время центром тяжести в интеграции считается использование унифицированных компьютерных технологий и программного
обеспечения разнообразной документации (проектной, технологической,
рабочей (непосредственно относящейся к изготовлению), эксплуатационной
и пр.) и соответствующего программного обеспечения. При этом интеграция
42
осуществляется по этапам 2-3-4-5 ЖЦИ. В международной практике это
однозначно связывается с внедрением стандартов ИСО 10303 и обычно все
это именуется CALS-технологиями.
Технологии CALS (англ, computer acquision and life-cyclesupport) в
переводе – обеспечение непрерывности поставок и поддержки жизненного
цикла изделий. Вольный перевод: обеспечение неразрывной связи между
производством и всеми остальными этапами ЖЦИ (за счет создания
максимально полной информационной модели изделия), охватывающей все
этапы
ЖЦИ
от
маркетинга
до
утилизации,
предлагающей
единое
информационно-программное обеспечение на основе системного подхода ко
всей проблематике создания новых изделий.
Разработчики и комментаторы подчеркивают, что CALS – это не только
конкретный программный продукт, не только набор правил и шаблонов, но
преимущественно общая концепция создания единой информационной
модели изделия. Однако рассмотрение интеграции только по этапам ЖЦИ
раскрывает только один аспект интегрирования.
Исторически в различные периоды проблемы интеграции по существу
(сам термин появился и приобрел права гражданства достаточно поздно)
понимались то шире, то уже, на передний план выходили вполне
определенные формы интеграции [52]. Так, начиная с начала до середины
прошлого века, интеграция понималась преимущественно как концентрация
на
одной
заводской
производственных
территории
комплексов,
всего
объединявших
оборудования
все
больших
производственные
функции, необходимые для производства определенных изделий.
В 70 80-е гг. XX века понятие интегрированные производственные
системы (англ, integrated manufacturing systems) применительно к машиностроению неразрывно связывалось возможно более полной автоматизацией
выполнения последовательностей технологических и вспомогательных
операций, начиная со складирования, подачи заготовок и подготовки
необходимого оборудования с инструментом, кончая контролем и отгрузкой
готовых деталей и узлов.
43
Нет сомнения в том, что проблематика интеграции и дезинтеграции в
производстве вечна, хотя, конечно, наибольшая актуальность приписывалась,
и будет приписываться в разные времена, различным аспектам интеграции.
Но нужно иметь в виду, что усиление акцента на одном аспекте проблемы не
отменяет другие аспекты.
Во всех случаях интеграцию можно представить как установление и
организацию функционирования теми или иными типовыми средствами
связей между интегрируемыми объектами или частями. Эти связи могут
иметь различную природу, они иногда могут быть прямыми, непосредственными, но чаще всего реализуются через цепочки промежуточных звеньев.
Полностью или частично КИП не приводит само по себе к гибкому
производству, оно может иметь различную гибкость и обеспечивается гибкостью различных элементов производства, интегрированных производственных систем. Степень необходимой гибкости производства основывается
на базе технико-экономических показателей всего производства, завода в
целом, а не на основании эффективности отдельных его частей.
Применение
ЭВМ
в
управлении
КИП
позволяет
осуществлять
комплексный подход к автоматизации всех видов работ и процессов – от
проработки задания на производство нового изделия, конструкторскорасчетных
работ,
технологической
подготовки
производства,
всего
комплекса технологических процессов – от заготовки до упаковки и отправки
изделия потребителю, а так же всего, что связано с содержанием, ремонтом,
управлением, включая расчеты, технико-экономических показателей, экономической эффективности, финансово-бухгалтерское и кадровое обеспечение.
Особое внимание в настоящее время уделяется вопросам разработки
единого информационного, математического и программного обеспечения
систем автоматизированного проектирования, конструирования, технологической подготовки, планирования и организации производства.
«Философия» КИП требует рассмотрения каждого отдельного действия
или деятельности всего завода и всего, что с ней связано, как единого
44
процесса, который обеспечивает своевременную и полную взаимоувязку
каждого действия с целью организации выпуска как можно большего
разнообразия изделий в пределах имеющихся возможностей по заранее
определенному графику с минимальными затратами.
Это ведет к возможности интеграции всего производства в единый
автоматизированный процесс, включая научно-исследовательские и опытноконструкторские работы (НИОКР). При этом значительная экономия и сокращение времени внедрения новой техники получают вследствие уменьшения
имеющихся дублирования и разрыва опытно-конструкторских работ и
производства, а также уменьшения времени всего цикла создания и
производства продукции.
Наиболее короткий цикл производства, меньшая себестоимость, высокое
качество продукции, полный контроль за капиталовложениями и оборотными средствами при абсолютно полном контроле за деталями и изделиями,
за их изготовлением по всему циклу, пока они находятся на заводе, при этом
делается только то, что предписано, и не запускается ничего лишнего. Это
еще одна черта, которая вкладывается в понимание полной интеграции
производства и чему содействует концепция гибкого интегрированного
производства.
Основной задачей КИП состоит в обеспечении в гибкости и интеграции
производственных систем на базе КИТ, основными характеристиками
которого являются:
1) уровень производительности;
2) величина себестоимости;
3) стабильность высокого качества продукции;
4) эффективность использования средств производства;
5) численность обслуживающего систему персонала и характеристики
условий труда.
45
1.1.4. СИСТЕМНАЯ ФОРМАЛИЗАЦИЯ КИП
КИП представляет собой одновременно как систему, включающую в
себя ряд элементов, а также как и подсистему, входящую в систему более
высокого уровня, и может быть формализована с позиции теории систем
[40-45,89]:
1) КИП как система S есть нечто целое от функции А
S  A(1,0) .
(1.1)
Это определение выражает факт существования и целостность.
Двоичное суждение А(1,0) отображает наличие или отсутствие этих качеств.
2) КИП как система S есть организованное множество.
S  (î ðã, Ì ),
(1.2)
где орг – оператор организации;
М – множество.
3) КИП как система есть множество вещей, свойств и отношений.
S  ({m},{n},{k}),
(1.3)
где m – вещи,
n – свойства,
k – отношения.
4) КИП как система есть множество элементов, образующих структуру
и обеспечивающих определенное поведение в условиях окружающей среды:
S  ( L, ST , BE, E ),
где L – элемент,
ST – структура,
BE – поведение,
Е – среда.
(1.4)
46
5) КИП как система есть множество входов, множество выходов, множество состояний, характеризуемых оператором переходов и оператором
выходов:
S  ( X , Y , Z , H , G),
(1.5)
где Х – входы,
Y – выходы,
Z – состояния,
Н – оператор переходов,
G – оператор выходов.
6) Если определение (1.5) дополнить фактором времени и функциональными связями, то получим определение системы уравнениями
S  (T , X , Y , Z , V , Vz , F , f )
y(t2 )  F  x(t1), z (t1), t2  ,
(1.6)
z (t2 )  f  x(t1), z (t1) , t2  ,
где Т – время,
X – входы,
Y – выходы,
Z – состояния,
V – класс операторов на входе,
Vz – значения операторов на выходе,
F и f – функциональные связи в уравнениях.
7) Для организации системы КИП в определении системы учитывают
следующее
S  ( PL, RO, RJ , EX , PR, DT , SV , RD, EF ) ,
где PL – цели и планы,
RO – внешние ресурсы,
(1.7)
47
RJ – внутренние ресурсы,
ЕХ – исполнители,
PR – процесс,
DT – помехи,
SV – контроль,
RD – управление,
EF – эффект.
Последовательность определений можно продолжить, в которых
учитывалось бы такое количество элементов, связей и действий в реальной
системе, которое необходимо для решаемой задачи, для достижения
поставленной цели.
К числу задач, решаемых теорией систем, относятся: определение общей
структуры системы; организация взаимодействия между подсистемами и
элементами; учет влияния внешней среды; выбор оптимальных алгоритмов
функционирования системы.
Проектирование КИП делится на две стадии: 1) макропроектирование
(внешнее проектирование) в процессе которого решаются функциональноструктурные вопросы системы в целом, и 2) микропроектирование
(внутреннее проектирование) связанное с разработкой элементов системы
как физических единиц оборудования и с получением технических решений
по основным элементам (их конструкции и параметры, режим эксплуатации).
1.1.5. ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЦЕЛЕВЫЕ СТРУКТУРЫ
МЕХАНООБРАБОТКИ
Организационно-технический и производственно-технический потенциалы являются (рис.1.2) функциональными характеристиками ФЦС [51].
Как интегральный показатель он должен отражать наиболее существенные
характеристики КИП и в общей форме оценивать ее технический уровень. К
таким характеристикам относятся, прежде всего, количественная мера
48
подетальной специализации (универсальность), выражаемая укрупненно
числом технологических групп или наименований обрабатываемых деталей.
Номенклатура последних отражает способности системы экономически
целесообразно выпускать различные детали по различной технологии.
Функционально-целевые структуры КИП
(ФЦС)
Производственно-технологические структуры (ПТС)
Технологические
структуры (ТСМ)
маршрутов
Технологические
структуры (ФТО)
операций
Организационно-технические
структуры (ОТС)
Производственные
структуры (ПС)
Компоновочные
структуры (КС)
Информационноуправляющие структуры
(ИУС)
Технические связи
(ТПС)
Функциональные
связи (ФКС)
Функциональные связи
(ФИУСУС)
Технические связи
(ТКС)
Организационные
связи (ОКС)
Технические связи
(ТИУС)
Организационные связи
(ОИУС)
Алгоритмические связи
(АИУС)
Программные связи
(ПИУС)
Информационные связи
(ИИУС)
Производственно-технический потенциал
Организационно-технический потенциал
Рисунок 1.2 – Функционально-целевые структуры КИП
ПТС представляет собой совокупность значений производительности
системы и ее технологических возможностей [51]. При вычислении производительности обработки деталей всех наименований из установленных для
системы технологических групп в стоимостном выражении производственнотехнологический потенциал интегрируется парой
n


P( D)   P ; U Dk  ,
k 1


(1.8)
где P – объем продукции системы в стоимостном выражении (в единицу
времени);
49
n
U Dk – множественное объединение технологических возможностей
R 1
системы по обработке всех деталей;
n – число технологических групп обрабатываемых деталей.
Другой основной характеристикой должна быть мера совершенства
перехода системы с обработки одной детали на обработку другой, или в
более общей форме – мера совершенства функционирования КИП.
Для оценки совершенства функционирования КИП может быть
использована оценка степени эффективности автоматизации, предложенная
Л. Ю Лищинским и Р. И. Баклановой [51]
A
EK0
Cзп  EK0
,
(1.9)
где Е – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;
K0 – капитальные вложения в основное и вспомогательное оборудование;
Сзп – расходы на заработную плату работающих всех категорий,
участвующих в производственном процессе.
Сформулированный показатель следует применять к сопоставимым
структурам КИП типа 1) САПР – АСТПП – АСОУП – АТСС – АСИО – ГПМ
– САК – АСУО; 2) АСТПП – АСОУП – АТСС – АСИО – ГПМ – САК;
3) АСОУП – АТСС – ГПМ и т.п.
Таким образом, организационно-технический потенциал, отражающий
способность системы к более или менее автоматизированному функционированию в пределах большей или меньшей универсальности, может быть
описан экономической гибкостью как функцией универсальности и степени
эффективности автоматизации. Таким образом, в качество основного
системного показателя технического уровня КИП выступает степень
эффективности автоматизации в виде формулы (1.9). Наряду с интегральным
(системными) показателями для более детального описания ПТС и ОТС
можно выделить общие показатели, свойственные этим структурам в целом,
и частные показатели, свойственные каждой структуре в отдельности. Кроме
50
того, показатели могут быть разделены на основные и дополнительные. Здесь
под показателями понимаются величины или служебные свойства отдельных
подсистем или КИП в целом и имеющие самостоятельное значение в
комплексе выходной информации о КИП как объекте исследования.
Показатели являются функциями того или иного числа определяющих
параметров. Под параметрами понимают величины, характеризующие
определенные физические свойства отдельных элементов.
Таким образом, показатели, характеризующие структуры КИП, можно
разделить на три группы (см. табл. 1.1) [52-54].
Группа
Показатель
п/п показателей
назначения
1
2
Показатели
1
3
1.1. Производственнотехнологический потенциал
1.2. Частота переналадки
структура
№
Характеризуемая
Таблица 1.1 – Показатели структуры КИП
Тип
показателя
4
5
ПТС
Интегральный
ПТС
Общий
основной
2
Проектные показатели
2.1. Организационно-технический
потенциал, в т.ч. степень
эффективности автоматизации и
ОТС
Интегральный
численности работающих
2.2. Количество и номенклатура
основного оборудования
ПС
2.3. Число и номенклатура
обслуживающих транспортных
устройств
КС
Частный
основной
Частный
основной
51
Продолжение таблицы 1
1
2
3
4
5
2.4. Число накопителя; вместимость
централизованного межо-
КС Частный основной
перационного склада-накопителя
2.5. Характеристики управляющих
2
Проектные показатели
ЭВМ
2.6. Занимаемая производственная
площадь
2.7. Коэффициент смежности
2.8. Коэффициент загрузки
оборудования
ИУС Частный основной
КС Частный основной
ОТС Общий основной
ПТС Общий основной
2.9. Длительность интервалов
перспективного и оперативного
ИУС
производства
2.10. Коэффициент
технологической интеграции
2.11. Коэффициент
производственной интеграции
3.1. Коэффициент организационного использования оборудования
3
Эксплуатационные показатели
3.2. Коэффициент технического
использования оборудования
Частный дополнительный
ПТС Общий основной
ПТС Частный основной
ОТС Общий основной
ПТС Общий основной
3.3. Длительность производственного цикла по техническим
группам деталей. Объем
ОТС Общий основной
незавершенного производства
3.4. Средняя суммарная
длительность простоев станков в
смену в ожидании обслуживания
3.5. Показатели надежности
КС
Частный
дополнительный
ПС Частный основной
52
Системная концепция структурного и параметрического синтеза
подчинена задаче обеспечения максимального экономического эффекта в
каждом конкретном случае, т.е. Э  max , где Э – суммарный эффект по
годам расчетного периода производства, в составе которого используется
проектируемая КИП.
Основные этапы процесса создания КИП можно представить в
следующем виде[51]:
1. Предпроектный анализ КИП.
1.1. Предпроцессор – определение показателей назначения, в том числе
производственно-технологического потенциала.
1.2. Определение основных технико-экономических параметров существующего производства.
1.3. Генерирование вероятностного структурного варианта КИП.
1.4. Предпроектная оценка технико-экономических показателей.
2. Проектирование КИП.
2.1. Процессор.
2.1.1. Структурный
и
параметрический
синтез
производственно-
технологических структур.
2.1.2. Структурный параметрический синтез организационно-технического потенциала. Постпроцессор.
2.2.1. Имитационное моделирование, коррекция структурных и параметрических решений.
2.2.2. Коррекция проектных показателей.
Проектная оценка технико-экономических показателей.
2.3.1. Выпуск рабочей документации.
3. Изготовление и эксплуатация КИП.
3.1. Изготовление, монтаж и отладка.
3.2. Определение эксплуатационных показателей и приемосдаточные
показатели.
3.3. Организация рациональной эксплуатации.
3.4. Оценка достигнутых технико-экономических показателей.
53
1.1.6. ЭТАПЫ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЙ
Производственный ЖЦИ в КИП машиностроения можно разделить на
шесть этапов: проектирование, изготовление, налаживание, использование,
восстановление и ликвидация [55-60]. В физическом плане каждое из
подразделений интегрированного производства: конструирование, технологическая подготовка, обработки, сборка, контроль, испытание, делопроизводство, ремонт, под-держание оборудования и т.д. – проходит эти этапы
жизненного цикла, которые обеспечиваются КИТ машиностроения.
В процессе ЖЦИ каждое подразделение интегрированного производства
претерпевает изменения, которые обеспечиваются внешними системами:
внешние условия среды, проектирующей, изготавливающей, налаживающей,
использующей, восстанавливающей, ликвидирующей системами.
Эволюция развития подсистем КИП характеризуется этапами автоматизации, которые направлены, прежде всего, для обеспечения автоматизации
основного производственного процесса – изготовления изделий.
Таким образом, ЖЦИ должен обеспечить эволюцию автоматизации
производственных процессов машиностроения с максимальной динамикой и
минимальными затратами.
Этой цели можно достичь при целенаправленной оптимизации информационных процессов, обеспечивающих ЖЦИ (рис.1.3).
Основным условием передачи информации является взаимодействие
систем, вследствие чего проявляется информационный отклик свойств
воспринимающего
информацию
на
проявление
свойств
передающего
информацию. Заметим, что информационный отклик бывает естественный и
принудительный. Естественный информационный отклик происходит за счет
энергии физического пространства, принудительный отклик происходит за
счет введения энергии из вне в пространство, в котором проявляется свойство.
Синтез и оптимизация КИП заключается в определении уровня автоматизации, интеграции и гибкости производственной системы в определении
54
затрат энергии на передачу единицы информации свойств, и регулированием
массой и силой информации, оптимизацией общих затрат энергии на
преобразование ЖЦИ.
Основными характеристиками информационного процесса являются
полнота передачи информации без искажений, время передачи информации,
что зависит от выбора канала связи.
Так как процессы в системе ЖЦИ имеют стохастический характер, то
допуски свойств не должны превышать среднее квадратическое отклонение
проявления этих свойств. Энергия извне на преобразование ЖЦИ поступает
от
проектирующей,
изготавливающей,
налаживающей,
используемой,
восстанавливающей и ликвидирующей систем и имеет денежный эквивалент.
Устойчивость информационного процесса характеризуется связью,
выражаемой постоянным значением корреляционной функции.
Анализ развития различных КИТ в производственных задачах КИП
показывает, что основной тенденцией является все более полный охват
стадий ЖЦИ. ГПС решали задачи, касающиеся исключительно производства
изделий. В КИП круг задач значительно расширился и включил в себя
исследование, проектирование и изготовление, материально-техническое
обеспечение и другие задачи предприятия. Тем не менее, остались
нерешенными задачи: взаимодействие с заказчиком, взаимодействие с
партнерами поставщиками, послепродажного сопровождения изделия и
многие другие. К середине 90-х годов появилось осознание необходимости
создания ИИС, поддерживающей весь жизненный цикл изделия. По
определению в стандарте ISO 9004-1 жизненный цикл продукции – это
совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей
общества в определенной продукции до момента удовлетворения этих
потребностей и утилизации продукции.
Продукция представляет собой результат некоторой деятельности
объектов или выполненных процессов.
55
Можно выделить четыре общие категории продукции:
1) техническое средство – отдельное изделие определенной формы;
2) обработанный
материал
–
изделие,
являющееся
результатом
преобразования сырья в желаемое состояние;
3) услуга – итог непосредственного взаимодействия поставщика и
потребителя и внутренней деятельности поставщика по удовлетворению
потребностей потребителя;
4) программное обеспечение.
Внешние
услoвия
среды
щ
ую
ир а
ид тем
кв и с
Ли с
Вoсстана вливающ ая
систем а
и т.д.
й с т ва
М
ИПС
тания
Исп ытема
сис
свo
Кoн
систтрoля
ем а
е
На
л аж
с ис и в а ю
те м ща
я
а
н
ки
oр е м а
б
С ст
си
В
Изгoтавливающая
система
Центр.
ЭВМ
дерoo
б
С o я
я и
ни oванема
а
ж уд с т
р си
Ремoнт а
си сте ма
Д
из елo
сивoдспрoст е т в
ма а
ие
Т
пoех нo
пр д гo лoг
- ва вк .
с-м и
а
O брабoт
к
си сте ма и
н
с т ру
Кo н ания
иросвтема
си
Пр
oе
а
ая
кт
ир
ую
си
ст
ем
ая
ш
щ
ая
ущ
з
ь
л
а
пo е м
Ис сист
Рисунок 1.3 – Жизненный цикл изделий в КИП
Многообразие
процессов
в
ходе
ЖЦИ
и
необходимость
их
интенсификации требуют активного информационного взаимодействия
56
субъектов (организаций), участвующих в поддержке ЖЦИ. С ростом числа
участников растет объем используемой и передаваемой информации.
Потребность в создании интегрированной системы поддержки ЖЦИ и
организации информационного взаимодействия компонентов такой системы
приводит к необходимости создания ИИС, которая охватывает КИП. В
основе ИИС лежит использование открытых архитектур, международных
стандартов,
совместное
использование
данных
и
апробированных
программно-технических средств.
В сложных долговременных проектах, создание КИП, ИИС обеспечивает
взаимодействие
проектных
организаций
и
производственных
предприятий, поставщиков, организаций сервиса и конечного потребителя на
всех стадиях ЖЦИ.
Данный подход к КИП характеризуется следующими принципиальными
особенностями:
1) в отличие от компьютерной автоматизации и интеграции отдельных
процессов в производстве решаются задачи информационной интеграции
всех процессов ЖЦИ;
2) решаемые задачи выходят за границы отдельного предприятия,
участники информационного взаимодействия могут быть территориально
удалены друг от друга, располагаются в разных городах и даже странах;
3) совместно используемая информация очень разнородна: это маркетинговые, конструкторско-технологические, производственные данные, коммерческая и юридическая информация и т.д. Для ее совместного использования должна быть стандартизированы способы, технологии представления и корректной интеграции данных;
4) основной средой передачи данных является сеть Интернет.
В настоящее время ИИС доказала свою эффективность и получила в
США трактовку – Continuous Acquisition and Life cycle Support (CALS) –
непрерывная информационная поддержка поставки и жизненного цикла
продукции.
57
Русскоязычное наименование этой концепции и стратегии ИПИ
(Информационная Поддержка жизненного цикла Изделий).
Широкое распространение данной концепции получили термины
Product Life Cycly Support (PLCS) или Product Life Management (PLM) –
«поддержка жизненного цикла изделия» или «управление жизненным
циклом изделия».
Сторонники широкой оценки относят к PLM практически все средства и
системы
автоматизации,
конструкторские
и
технологические
САПР
(САР/САМ/САЕ/САЕ), системы ERP (MRP), средства управления взаимодействием с клиентами (CRM), цепочками поставок (SCM), техническим
обслуживанием (сервисом) и т.д.
Сюда же относят РDМ системы, которым отводится ключевая роль в
организации информационного взаимодействия всех участников ЖЦИ через
ИИС. Сторонники узкой оценки, по сути, отождествлять PLM и PDM, считая
прочие средства и системы «внешними» по отношению PLM.
Современное развитие КИП решает главную задачу повышение уровня
конкурентоспособности
выпускаемой
продукции.
В
этих
рамках
устанавливаются основные показатели анализа и синтеза структур КИТ.
1.1.7. СТРУКТУРА СИНТЕЗА КИП
Задача синтеза структур КИП формулируется в основе своей как задача
дискретного математического программирования. Все этапы синтеза в
конечном итоге преследуют цель достижения экстремума целевой функции
оптимизации. Функционирование больших технических систем (БТС)
рассматривается как процесс, к которым относятся КИП, и как элемент
интегрированного производства, на который действуют разнообразные
технические критерии, а задачи оптимизации имеют явно выраженный
многокритериальный характер[61-70]. По мере подъема по ступеням
структурной иерархии уровень автоматизации уступает место экономи-
58
ческим критериям. Таким образом, с ростом ранга системы неизбежно растет
и ранг целевой функции ее оптимизации. В настоящее время в подавляющем
большинстве случаев оценки эффективности БТС (в том числе КИП)
используют однокритериальный экономический подход. Такая тенденция
описывается в работе [51]. При переходе на более высокий уровень целеполагающей системы приходится резко сократить либо свести контроль к
одному показателю объективные оценки важности параметров целеполагания. Системная концепция структурного и параметрического синтеза
КИП подчинена задаче обеспечения максимального экономического эффекта
в каждом конкретном случае, т.е.
Э  max
где Э – суммарный по годам расчетного периода экономический эффект
производства, в составе которого используется проектируемая КИП [71-77].
При устойчивых технико-экономических показателях по годам расчетного периода (номенклатура, годовые программы выпуска и показатели
качества деталей (изделий), результаты и затраты производства в стоимостном выражении; экономический эффект определяется по формуле
Ý
P  Ç
,
p  Eí ï
(1.11)
где P, Ç – изменение стоимостных оценок соответственно хозяйственных
результатов и затрат, характеризующих данное мероприятие за расчетный
период;
P – норма реновации основных фондов;
p  Енп / (1  Енп )tсл  1 ; Енп – норматив приведения разновременных
затрат и результатов, численно равный нормативу эффективности капитальных вложений;
tcл – срок службы оборудования.
59
В США широко используют следующие коэффициенты [78]:
1) Коэффициент SPCAF нарастания затрат (коэффициент дисконтирования, т.е. приведения к одному году из будущих лет single-payment
compound amount factor):
SPCAF  (1  Eнп )t ,
(1.12)
где t – число лет, отделяющий данный год от начала расчетного;
Енп – норматив приведения разновременных затрат и результатов, численно
равный нормативу эффективности капитальных вложений.
2) коэффициент SPPWF начальных затрат (коэффициент, обратный
коэффициенту нарастания затрат, т.е. коэффициент приведения к одному
году из прошлых лет single-payment present worth factor):
SPPWF 
1
;
(1  Eнп )t
(1.13)
3) коэффициент CRF восстановления затрат (capital recovery factor):
CRF 
Eнп (1  Енп )
;
(1  Енп )t  1
(1.14)
4) коэффициент USPWF нарастания затрат как функция интегральных
затрат за t лет (uniform series present worth factor):
(1  Енп )t  1
;
USPWF 
Енп (1  Енп )
(1.15)
5) коэффициент SFF погашения затрат (норма амортизационных отчислений sinking fund factor):
SFF 
Енп
;
(1  Енп )t  1
(1.16)
60
6) коэффициент USCAF интегральных затрат (uniform series compound
amount factor):
(1  Енп )t  1
.
USCAF 
Енп
(1.17)
В общем, процесс создания КИП можно представить как последовательность действий [51]:
1) Этап решения задачи идентификации системы (систематизация и
обработка исходной информации и определение на ее основе показателей
назначения);
2) Этап синтеза делится на два уровня, каждый из которых состоит из
нескольких рабочих фаз:
– на первом уровне, на основании исходной информации, нормативных
данных и экологических показателей осуществляется а) структурный и
б) параметрический синтезы КИП;
– на втором уровне производится структурный и параметрический
синтез ОТС:
а) синтез КС;
б) синтез обслуживающих транспортных устройств (ОТУ) и их параметры,
в) синтез ИУС,
г) параметрический синтез ОУС.
Таким образом, на втором этапе устанавливаются проектные показатели
КИП, на основании которых осуществляется проектная оценка техникоэкономических показателей выбранного структурного варианта КИП.
3) Этап
формирования
имитационной
модели
производственного
процесса ИТСМ.
В работе [19] системное проектирование КИП предусматривает выполнение следующих основных взаимосвязанных этапов:
– формирование целевой функции создания КИП;
– определение номенклатуры обрабатываемых деталей и производственных
программ выпуска;
61
– выбор технологических методов обработки;
– определение технических характеристик физических элементов КИП;
– составление расписаний работы;
– разработка системы динамического контроля (оперативного управления производством) на ЭВМ;
– разработка обобщенной модели системы и ее исследование на ЭВМ
1.1.8. КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ СИНТЕЗА КИП
Этапы жизненного цикла можно разделить на две составляющие по
отношению к КИП как внутренние и внешние. К внешним можно отнести
маркетинг, отношения с заказчиками и т.п. К внутренним составляющим
этапа ЖЦИ в КИП отнесем: проектирование, изготовление, налаживание,
использование (функционирование), восстановление (реконструкция), ликвидация (утилизация).
Анализ и синтез КИП в системном анализе называют задачами оптимального распределения ресурсов [79].
Синтез ПТС на этапах ЖЦИ проектирование и использование – назовем
прямой задачей объемного планирования, т.е. это определение оптимального
качественного и количественного состава оборудования, в большинстве
случаев в сочетании с совокупностью технологических маршрутов.
Под обратной задачей объемного планирования, решаемой на этапах
использования и восстановления, будем понимать задачу анализа, т.е. оптимального распределения обрабатываемых деталей по оборудованию.
Обе группы задач относятся к задачам целочисленного линейного программирования (ЦЛП) [79] или еще к более широкому классу комбинаторных задач дискретной оптимизации.
Особенности задач ЦЛП заключаются в дискретном характере переменных, конечности множества вариантов, наличии условий, приводящих к
изменению вида функций и (или) ограничений. В результате решения этих
62
задач находят оптимальные значения целевой функции, а также соответствующие этому оптимальному решению значения переменных основных
и дополнительных. Значения основных переменных характеризуют номенклатуру и число определяемых объектов (станков, деталей), при выборе
которых будет достигнут максимальный эффект. Значения дополнительных
переменных показывают резервы по учитываемым видам ограниченных
ресурсов, позволяют выявить избыточные и дефицитные ресурсы и т.д.
Решение задач анализа и синтеза обеспечивают повышение экономической эффективности КИП.
В работе [51] проведена классификация математических моделей
загрузки оборудования:
1. Модель выбора ПС с полной взаимозаменяемостью станков (модель
синтеза). Критерий – минимум затрат.
2. Модель выбора ПС с частичной взаимозаменяемостью станков
(модель синтеза). Критерий – минимум затрат.
3. Модель выбора ПТС с взаимозаменяемостью технологических
маршрутов обработки (модель синтеза).
Критерий – минимум затрат.
4. Модель объемного планирования производства по деталям (модель
анализа).
Критерий – максимум прибыли от производства, максимум выпуска,
максимум использования оборудования.
5. Модель объемного планирования производства по деталеоперациям
(модель синтеза).
Критерий
–
максимум
прибыли,
максимум
выпуска,
максимум
использования оборудования.
Анализ приведенных моделей показывает, что первая является частным
случаем второй, а вторая частным случаем третьей. Однако вторая модель
разворачивается в третью перебором всех возможных вариантов сочетаний
станков по отдельным операциям. Таким образом, и с теоретической и с
практической точек зрения основной является третья модель.
63
Эта модель имеет более широкое применение и пригодна для выбора
структуры любого специального технологического комплекта оборудования
в серийном производстве.
Для решения задач дискретной оптимизации используют как точные, так
и приближенные методы решения [79].
В работах [80-86] рассмотрены модели определения состава оборудования проектируемых участков и цехов машиностроительных заводов.
Модели описываются следующими условиями: при заданных вариантах
выполнения на различных станках операций обработки деталей, закрепленных за цехом, необходимо выбрать такие станки и в таком количестве и
так распределить операции обработки по этим станкам, чтобы при
выполнении заданных ограничений затратная целевая функция приняла бы
наименьшее значение. Модель представлена как задача ЦЛП, в которой часть
переменных являются булевыми, а часть может принимать значения любых
целевых неотрицательных чисел.
В работах [87,88] предложен эвристический метод, разбитый на два
этапа: на первом получают условно – оптимальное решение, на втором
предусматривают улучшение полученного начального решения путем
пошаговой направленной оптимизации. В описанных моделях используются
программа SELECT, основания на ЦЛП, и процедуры «Branch and Bound»
(ветвей и границ) и «Dual Simplex» (двойственного симплекса). Представленные модели являются частными случаями модели выбора ПС ГПС с
частичной взаимозаменяемостью станков, если разрешить использование
станков на j-x операциях.
Все экономико-математические задачи анализа (задачи 4, 5) являются
разновидностями
основной
задачи
производственного
планирования
Л. В. Канторовича [24]. Их можно определить как задачи обратные задачам
№1 и №2 (задачи синтеза) и разделить соответственно на модели объемного
планирования производства по деталям и по деталеоперациям, а также по
видам критерия оптимальности.
64
Прямая задача №3 не имеет соответствующей обратной задачи и специфична только для синтеза ПТС. Некоторые модификации моделей объемного
планирования производства по деталям описаны в работах [77,90].
Таким образом, под синтезом структуры понимают определение
элементного состава системы, свойств элементов и связей между ними.
Соответственно синтез ПТС состоит в определении оптимальной совокупности реализуемых технологических маршрутов для установленных технологических групп или типов деталей и комплектов (номенклатуры и
количества) основного технологического оборудования.
Задача синтеза ПТС серийного производства рассматривается в системном аспекте. Это предполагает: 1) определение набора маршрутных технологических процессов; 2) определение комплекта оборудования для реализации
технологических процессов; 3) согласование работы механообрабатывающего и сборочного цехов при равномерном распределении годовой программы выпуска изделий; 4) выбор размеров партий запуска деталей и циклов
поставки их сборочному цеху; 5) определение условий устойчивости
производственного процесса при минимальной длительности цикла механической обработки (т.е. расчет межоперационных и межцеховых запасов) [91].
КИП имеет более емкие функции, чем входящие в ее структуру ПТС.
Поэтому синтез КИП должен включать дополнительные элементы, свойства
и связи.
1.1.9. УРОВНИ СЛОЖНОСТИ СТРУКТУРНОГО СИНТЕЗА
ПТС МЕХАНООБРАБОТКИ
Современная технология механической обработки заготовок строится по
принципу обработки отдельных поверхностей, из которых состоит деталь.
В современном машиностроении существуют технология принципиально
различных типов – единичная, типовая, групповая, модульная, функционально-ориентированная.
65
Различие
технологий
мелкосерийного
и
массового
производств
заключается в том, что в мелкосерийном производстве поверхности деталей
обрабатываются последовательно при минимальном числе операций, а в
массовом – в основном параллельно при высоком уровне дифференциации
технологического процесса на операции.
Разработка единичных технологических процессов характерна для
оригинальных деталей, не имеющих общих конструктивных и технологических признаков с деталями, ранее изготовленными на предприятии.
Для изготовления деталей, характеризующихся общностью конструктивных и технологических признаков, разрабатываются унифицированные
технологические
процессы,
которые
подразделяются
на
типовые
и
групповые.
Типовой технологический процесс разрабатывается для изготовления
конструктивно-подобных деталей, обрабатываемых на одном технологическом оборудовании.
Особенность модульной технологии заключается в том, что в качестве
объекта классификации принято сочетание поверхностей, предназначенных
для совместного выполнения законченной служебной функции детали. Такое
сочетание поверхностей называют модулем поверхностей.
Разработка модульного технологического процесса заключается в
определении и назначении последовательности обработки объединенных
модулей поверхностей детали. Это с учетом наличия типовых технологических блоков упрощает и снижает трудоемкости проектирования технологических процессов изготовления деталей [92].
Функционально-ориентированная технология изготовления изделий
машиностроения – это специальная технология, которая основана на точной
топологически ориентированной реализации необходимого множества алгоритмов технологического воздействия орудий и средств обработки в необходимые микро, макро узлы и участки изделия, которые функционально
соответствуют условиям их эксплуатации в каждой отдельной его зоне
[93, 94].
66
В комплексном автоматизированном интегрированном производстве
машин разработкой технологических процессов занимается служба САПР
ТП при подготовке производства.
Задачи структурного синтеза при автоматизированном технологическом
проектировании зависят от уровня сложности.
В основе решения задач структурного синтеза различной сложности ТС
КИП лежит перебор вариантов счетного множества.
При переборе каждая проба включает [95]:
− создание (поиск) очередного варианта;
− принятие решения о замене ранее выбранного варианта новым;
− продолжение или прекращение поиска новых вариантов.
В наиболее простых задачах синтеза первого уровня сложности определяется структура технологического процесса или его элементов (операции,
переходы). В этом случае часто используют таблицы применяемости
(табличные модели).
Второй уровень сложности структурного синтеза ТС КИП предусматривает формирование конечного множества в виде каталога типовых
вариантов структуры например новых технологических маршрутов и его
полного перебора. Тогда для данного класса (группы, подгруппы или вида)
деталей устанавливается так называемый обобщенный маршрут. Маршруты
имеют типовую последовательность и содержание причем они отражают
передовой производственный опыт предприятия или отрасли.
При третьем уровне сложности структурного синтеза ТС КИП решаются
задачи выбора варианта структуры во множестве с большим, но конечным
результатом известных вариантов. Для решения таких задач используют
алгоритмы направленного перебора (алгоритмы линейного программирования); алгоритмы последовательные, итерационные и другие; сведение
задачи к полному перебору путем ограничения области поиска на стадии
формирования исходных данных.
67
К третьему уровню сложности структурного синтеза ТС КИП технологического процесса и его элементов относятся задачи целочисленного
программирования; при этом к требованиям линейности критерия и
ограничений добавляется условие целочисленности переменных.
Задачи структурного синтеза ТС КИП четвертого уровня сложности
(выбор вариантов во множестве с заранее неизвестным числом элементов
или вообще в бесконечном множестве) решаются при активном участии
технолога-проектировщика и реализуются в режиме диалога в ЭВМ.
ЭВМ помогает технологу принять решение об изменении структуры
расчетов по программе режима работы и производительности автомата.
Пятый самый сложный уровень структурного синтеза направлен на
создание принципиально новых технологических процессов и ТС КИП
решаются так называемым поисковым конструированием (искусственный
интеллект). Большие трудности, возникающие при поисковом конструировании и эвристическом программировании, привели к появлению экспертных
систем. Недостатком таких систем явилась зависимость качества проектных
технологических решений от уровня подготовки эксперта.
Необходимость повышения уровня интеллектуальности автоматизированного процесса синтеза технологических решений при высоких размерностях задач потребовала разработки принципиально новых решений, одним
из которых явилось создание и использование метода генетических
алгоритмов.
Оценка эффективности производится на основе расчета значений
целевой функции и анализа полученных результатов.
Совокупность возможных структур ТС КИП, представленная в виде
хромосом, образует популяцию. Процесс решения задачи сводится к
формированию новых популяций путем модификации предыдущих. Модификация основана на формировании новых хромосом путем скрещивания
лучших хромосом из предыдущей популяции. Это позволяет достаточно
быстро находить работоспособный вариант при решении задач высокой
размерности.
68
1.1.10. ИНТЕГРИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА
Впервые работы по созданию интегрированных систем, поддерживающих жизненный цикл продукции, были начаты в 80-х годах в оборонном
комплексе США.
Новая концепция была востребована жизнью как инструмент совершенствования управления материально-техническим обеспечением армии США.
Предполагалось, что реализация новой концепции, получившей обозначение
CALS (Computer Aided Logistic Support – компьютерная поддержка процесса
поставок), позволит сократить затраты на организацию информационного
взаимодействия государственных учреждений с частными фирмами в
процессах формализации требований, заказа, поставок и эксплуатации
военной техники (ВТ). Появилась реальная потребность в организации ИИС,
обеспечивающей обмен данными между заказчиком, производителями и
потребителями ВТ, а также повышение управляемости, сокращение
бумажного документооборота и связанных с ним затрат. Доказав свою
эффективность, концепция последовательно совершенствовалась, дополнялась и, сохранив существующую аббревиатуру (CALS), получила более
широкую трактовку – Continuous Acqusition and Life cycle Support –
непрерывная информационная поддержка поставки и жизненного цикла
продукции[96-101].
Интегрированная САПР (САПР-К и САПР-Т) является элементом ИИС
КИМП. Выделим в качестве важнейшего признака надсистемы объединение
в ее составе нескольких различных автоматизированных систем, которые
могут создаваться, существовать, развиваться и использовать независимо
друг от друга. Обобщенная функция интегрированной САПР – реализация
взаимосвязанной
совокупности
всех
этапов
ЖЦП
интегрированного
производства [95].
Интегрированные САПР должны оцениваться, строиться и использоваться как важнейшее средство формирования целеориентированных
69
технико-экономических компромиссных решений, как средство достижения
заданной целевой ориентации объектов, задач, процессов создания новых
изделий реализации этапов ЖЦП разнесенных во времени и пространстве.
Основными функциями интегрированной системы САПР и АСТПП
является:
1) автоматизированное конструкторско-технологическое моделирование, компоновка, конструирование изделий и т.п.;
2) автоматизированное проектирование технологии, включая информационное обеспечение, выбор заготовок, формирование маршрутной и операционной технологии, расчет режимов обработки, выбор или конструирование
режущего и измерительного инструмента, нормирования производства,
генерацию управляющих программ для станков с ЧПУ, роботов и другого
управляемого оборудования и т.п.;
3) автоматизированное управление технологическими процессами, в том
числе: автоматическая передача управляющих программ на станки с ЧПУ и
работы, контроль технологических параметров, активный контроль размеров
изделия в процессе обработки, контроль состояния оборудования, текущий
учет состояния производства, смещение за прохождением изделиями технологического маршрута, управление транспортно-складским комплексом,
испытание изделий и т.п.
4) организационно-экономическое управление в том числе: техникоэкономическое и оперативное планирование производства, учет производства, материально-техническое обеспечение, оперативно-диспетчерское
управление и т.п.
При реализации ЖЦИ новых изделий следует иметь в составе интегрированной САПР следующие системы:
1) конструирования изделий – САПР конструирования;
2) проектирования новых материалов САПР материалов;
3) проектирование технологических операций (ТО) – САПР ТО;
4) проектирование объектов технологической подготовки производства
новых изделий – САПР ТПП;
70
5) автоматизированную систему научных исследований АСНИ.
Основные
цели
реализации
ЖЦИ
могут
быть
сформулированы
следующим образом:
1) минимизировать избыточность номенклатуры изделий основного
производства, конструктивов (сборочных единиц, деталей, входящих в состав
изделий) используемых материалов, технологических процессов и операций,
2) средств технологического оснащения на выделяемом отрезке
времени.
3) максимизировать степень упорядоченности и организованности
номенклатуры объектов каждого выделяемого класса;
4) максимизировать степень безусловного, но не избыточного соответствия основному назначению уровней функциональных свойств или
соотношений функциональных свойств – условия применения создаваемых
объектов;
5) минимизировать трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость,
фондоемкость новых объектов каждого данного класса, как на этапах
изготовления, так и на этапе использования;
6) максимизировать степень соответствия проектных решений, обеспечить использование возможно большего числа стандартизированных решений различных классов (конструкторских, технологических, материаловедческих) при создании новых объектов каждого класса;
7) максимизировать достоверность и точность формируемых проектных
решений, минимизировать долю проектных решений, дорабатываемых или
перерабатываемых по результатам опытного и серийного производства;
8) минимизировать
продолжительность
и
(или)
трудоемкость
реализации ЖЦ новых объектов.
В интегрированный САПР можно выделить следующие категории
процессов:
1) прикладные, непосредственно формирующие тот главный общесистемный результат, ради достижения которого создаются, используются
71
САПР, целенаправленно изменяющие состояния задач и моделей объектов
проектирования определенного класса. Номенклатура прикладных процессов
каждой конкретной САПР определяются назначением, функционирование,
целевой ориентацией системы;
2) служебные, обеспечивающие условия, необходимые и достаточные
для организации и реализации прикладных процессов системы. Служебные
процессы формируют актуальные конфигурации системы в целом, агрегатов
компонентов; отдельных компонентов; организуют и реализуют внутрисистемные связи, а также обмен предметами или продуктами между взаимодействующими компонентами и прикладными процессами; осуществляют
управление доступом, учет использования ресурсов контроль правильности
организации и реализации прикладных процессов, а также правильности
функционирования элементов компонентов системы в целом.
3) организационного
управления,
обеспечивающие
событийную
и
временную согласованность прикладных служебных процессов САПР
(инициацию, прерывание, продолжение, повторение, завершение) путем
регулирования доступа компонента системы и тем ее ресурсам в виде
реальных физических процессов, которые наделяют эти компоненты
способностью организовать и реализовать закрепляемые за ними процессы. В
качестве компонентов САПР рассматривают
объекты, которым присуще следующее:
1) обладают заданными, точно определенными системообразующими
свойствами – способны многократно организовывать и (или) реализовывать
закрепляемые за ними прикладные или служебные процессы, используя во
всех случаях, когда это целесообразно и возможно, ЭВМ, другие автоматы и
модели объекта проектирования, задач проектирования, процесса проектирования в знаковой форме представления. В целях минимизации сложности
взаимодействия объекты, являющимися компонентами САПР, должны по
возможности полностью реализовать стереотипы ситуации проектной
деятельности или процессы, на которые они ориентированные, т.е. обладать
свойством функциональной замкнутости.
72
2) имеют выраженную модульную организацию: закрепляющую за
выделяемыми частями компонента точно определенные единицы взаимосвязанных действий или прикладной процесс системы; предполагающую
последовательную конкретизацию (выбор из множества заранее устанавливаемых альтернатив) входящих в их состав модулей соподчиненных
уровней иерархии и связей между ними, производимую в процессе адаптации
компонента к специфике каждой конкретной ситуации, обеспечивающую
обмен служебной информацией, оповещениями, заданиями, подзаданиями,
файлами данных. Обмен сообщениями внутри и вне компонента должен быть
регламентирован протоколами (стандартными соглашениями), определяющими структуры (семантическую, синтаксическую) и прочие особенности
представляемых данных.
3) обеспечивает возможность порождения, проявления и сохранения
целостности САПР.
Принципиально важно различать понятия «компоненты» – логические
структурные единицы САПР, виртуальные мысленно представляемые
процессы, и «конкретные формы реализации компонентов – структурные
единицы САПР материально-вещественной природы, реальные процессоры в
виде специализированных, оснащенных программными средствами ЭВМ,
других автоматов и субъектов проектирования с набором соответствующих
средств проектной деятельности.
В качестве обобщенной формы реализации компонентов САПР могут
быть использованы комплексные образования типа «субъект проектирования –
специализированный
автомат.
Структура
этих
образований
должна
обеспечивать устойчиво воспроизводимую организацию и осуществление
процессов, на которые ориентирован каждый данный компонент, а также
необходимое
взаимодействие
субъектов
с
предметами
средствами, входящими в состав каждого данного компонента.
процессов
и
73
1.1.11. ИНТЕГРИРОВАННЫЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ (ИАСУ)
В концепции КИП роль интегрированной автоматизированной системы
управления (ИАСУ) стала еще более значительной. На ИАСУ были
возложены не только функции автоматизации процессов проектирования и
производства изделий, но и совершенно новые задачи, связанные с
обеспечением информационной интеграции процессов. Эта интеграция
должна была осуществляться за счет совместного использования одной и той
же информации (в электронном виде) для решения разных задач[108-115].
В составе ИАСУ было принято выделять автоматизированную систему
управления (АСУ) предприятием (АСУП), АСУ конструкторско-технологической подготовки производства (АСКТПП), АСУ гибкими производственными участками (АСУ ГАУ), АСУ транспортно-складской системой
(АСУ АТСС), АСУ инструментального обеспечения (АСИО), а также АСУ
научными исследований (АСНИ).
Практика показала, что из всех задач ИАСУ наиболее типизируемыми
оказались задачи автоматизации проектирования и подготовки производства,
а также задачи уровня управления предприятием (АСУП). В конце 80-х –
начале 90-х годов, на рынке появились самостоятельные программнотехнические решения, пригодные для использования на предприятиях с
различным уровнем автоматизации, в том числе и вне КИП в его классическом понимании. Возникли новые устойчивые понятия: CAD/CAM/CAE и
MRP (MRP II).
Первое понятие – CAD (Computer Aided Design)/ CAM (Computer Aided
Manufacturing) /CAE (Computer Aided Engineering) – обозначало комплекс
программных средств компьютерного проектирования, подготовки производства
и инженерных расчетов. Второе – MRP (Materials Requirement Planning –
планирование потребностей в материалах), а позднее MRP II (Manufacturing
Resource Planning – управление производственными ресурсами) – стало
74
общепринятым обозначением комплекса задач управления финансово-хозяйственной деятельностью предприятия: планирования производства, материальнотехнического снабжения, управления финансовыми ресурсами, и других.
Появились первые стандарты и спецификации, определяющие функциональные требования к этим системам
В начале 90-х г.г. консалтинговой фирмой Gartner Group (США) была
предложена концепция ERP (Enterprise Resource Planning – управление
ресурсами предприятия) Сегодня термины MRPII и ERP практически
полностью вытеснили термин АСУП и стали привычным для специалистов
обозначением класса интегрированных информационных систем, предназначенных для управления производственно-хозяйственной деятельностью
предприятия.
В соответствии с [ISO /IEC 2382-24:1995] системы класса MRP должны
выполнять следующие функции:
− управления финансовыми ресурсами (Financial Management);
− управления персоналом (Human Resources);
− ведения портфеля заказов (Customer Orders);
− управления запасами (Inventory Management);
− управления складами (Warehouse Management);
− управления закупками (Purchasing); · управления продажами (Sales);
− управления сервисным обслуживанием (Service);
− прогнозирования объема реализации и продаж (Forecasting);
− объемного планирования (Master Production Scheduling);
− расчета потребностей в материалах (Materials Requirement Planning);
− оперативно-производственного планирования (Finite Scheduling);
− оперативного управления производством (Production Activity Control);
− управление техническим обслуживанием оборудования (Equipment
Maintenance);
− расчета себестоимости продукции и затрат (Cost Accounting);
− управление транспортировкой готовой продукции (Transportation).
75
Подробное описание задач, выполняемых каждой подсистемой, приведено в литературе[115-127].
Характерными примерами современных ERP являются системы R/3
(SAP), BAAN IV (BAAN), Oracle Applications (Oracle Corporation), MFG/PRO
(QAD), People Soft (People Soft Inc), OneWorld (J.D.Edwards), BPCS (System
Software Associates, Syteline (Symix Systems) и другие. Следует упомянуть
целый ряд интегрированных информационных систем, приближающихся по
функциональности к ERP, представленных на рынке российскими компаниями:
«БОСС»
(компания
АйТи), «Парус» («Корпорация
Парус»),
«Галактика» («Корпорация Галактика») и др.
1.2. ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ
КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ
Использование идей теории информации в различных областях науки и
техники связано с тем, что в основе своей эта теория математическая.
Основным математическим аппаратом теории информации является теория
вероятностей и математическая статистика, которые превратились к настоящему времени в строгую и достаточно универсальную науку [128-158].
В теории информации и передачи сигналов также используют методы
функционального анализа, теории случайных функций и случайных процессов, статистической радиотехники, теории оптимальных статистических
решений и др.
Теоретической основой теоретико-информационного подхода явились
работы Д. Максвелла, Н. Винера, А. Н. Колмогорова и А. Д. Хинчина,
У. Эшби, которые внесли важный вклад в понимание вероятностной природы
процессов в кибернетических явлениях, моделируемых в пространстве
состояний произвольных систем, что позволило в дальнейшем решать
практические технические задачи.
76
Присутствие информации в кибернетических системах расширило
понимание сущности информации в отличие от классической постановки ее
определения.
Современное состояние теории информации выявляет ряд системных
проблем, которые требуют своего решения. Прежде всего, это проблема
базового понятия теории информации – понятия «информация». Конкретное
и логическое понятие представление информации, как совокупности
сведений об окружающей действительности оказывается, не раскрывает
природу самого понятия. В настоящее время существует довольно широкий
спектр взглядов на природу информации в научной литературе. Это, прежде
всего полярные точки зрения: с одной стороны – это утверждение о
материальном характере понятия информации, с другой – о его чисто
нематериальной природе. Попыткой сгладить эти противоречия, появилась в
последнее время гипотеза о том, что информация наряду с материей и
энергией является первичным понятием нашего Мира. Но проблематичность
самого понятия «энергия» в рамках общей теории относительности
заставляет сторонников этой гипотезы делать неординарный вывод о том,
что информация, являясь первичным параметром нашего Мира, не может
быть в строгом смысле определена.
Выдвинутое академиками Глушковым В. М., Колмогоровым А. Н., а
также английским философом Эшби и другими учеными понятие «информации» как характеристики внутренней организованности материальной
системы, которая определяется по множеству состояний, которые система
может принимать в процессе своего развития, позволяет оценивать
потенциальные информационные возможности систем (процессов), которые
реализуются при взаимодействии объектов (процессов).
Колмогоров А. Н. в своей классической работе в 1965 году «Три подхода
к определению понятия «количества информации» обобщил идеи К. Шеннона
о вероятностном подходе к передаваемой по каналам связи информации и
сформулировал
три
способа
определения
количества
информации:
77
1) комбинаторный, вероятностный, алгоритмический [159]. Однако все три
подхода отбрасывают категорию «смысл информации».
В настоящее время появился целый ряд работ, в том числе в
электронных источниках (Интернет), в которых исследуются вопросы теории
информации, делаются попытки обобщать различные ее грани и формировать «общую теорию информации», в которой вероятностная теория
К. Шеннона является только частью общего целого. Отметим наиболее
характерные положения исследований, присущих большинству работам.
Первым общим положением является то, что информация отождествляется с негэнтропией. Однако в работе Вяткина В. Б. «синергетическая
теория информации» негэнтропия представляет собой не снимаемую
неопределенность выбора из множества возможностей состояний, атрибутивно связанных с управлением объекта (процесса), а интерпретируется как
снимаемая
неопределенность
выбора
из
двух
взаимообусловленных
результатов отражения [160]. В основу синергетической теории информации
положено информационно количественные аспекты взаимного отражения
системных образований, включая также его стороны как упорядоченность, а
также особенности взаимоотношения последних при различных системноструктурных преобразованиях. При этом как отражаемый, так и отражающий
объекты рассматриваются в качестве единого целого, а их элементы,
соответственно, обладают интегративными характеристиками и принимают
участие в процессе отражения всей своей совокупностью.
Вторым общим положением в работах исследователей теории информации является оперирование понятием информации в рамках системного
подхода в системе, куда входят объект, среда и их взаимодействие.
Третьим общим положением, характерным для большинства работ
исследователей, является рассмотрение физической сущности информации в
общей системе: нэгентропия, энергия и масса.
Отличительной
особенностью
в
подходах
исследований
теории
информации является различная используемая полнота свойств универсума,
78
представляющего собой иерархический комплекс систем, в рамках которого
проводятся исследования. В основе своей большинство исследователей в
своих работах используют классический подход к понятию «система».
В последние годы появились научные результаты, обусловленные
развитием прикладных направлений квантовой механики: теории декогенерации, теории запутанных состояний, квантовой теории информации
[161-163, 171-174]. Поскольку квантово-механическое описание является на
данный момент наиболее полным из всех других известных описаний
физической
реальности,
выводы,
полученные
в
квантовой
теории
информации, имеют фундаментальное значение и формируют современную
концепцию естествознания в целом.
Особенность квантовой теории состоит в том, что была теоретически
доказана и экспериментально подтверждена возможность «манипуляции»
квантовой запутанностью. Меру запутанности системы можно изменить, как
усиливая ее очищение (дисциляция запутанности), так и уменьшая (разбавление запутанности, декогенерация окружением).
Одно из основных достижений квантовой теории последних лет состоит
в том, что был сделан переход к количественному описанию квантовой
запутанности. Были введены различные меры запутанности, появилась
возможность теоретически рассчитывать эти величины и сопоставлять
полученные значения с результатами физических экспериментов.
Новые представления о физической реальности мира с позиции
квантовой теории механики обусловили возникновение и развитие квантовой
теории информации. Системный анализ этих факторов позволяет получать
методы измерения многомерной информации. Информация при этом непосредственно связана с мерой квантовой запутанности локальных объектов,
т.е. со степенью проявления информационной структуры свойств и может
быть выражена количественно через энтропию для чистых состояний
системы. Чистым состоянием называется такое состояние системы, которое
может быть описано одним вектором состояния.
79
При описаниях в терминах квантовой теории информации чистое запутанное состояние системы представляет собой информационное поле,
которое содержит в себе информацию обо всех потенциально возможных
реализациях внутренней структуры системы. Разбивая замкнутую систему на
части и задавая степень локализации этих частей (меру запутанности), мы
тем самым задаем информацию об их состоянии (информацию, которую
имеет одна часть относительно всех других частей). Поскольку замкнутую
систему мы можем разбивать как угодно, то можно сказать, что замкнутая
система содержит всю потенциальную возможную информацию о своей
структуре (обо всех возможных вариантах реализации своей структуры).
С позиции классической физики понятие «информация» относится
обязательно к макроскопическим предметам и сигналам, так как на
квантовом уровне элементарные квазичастицы могут рождаться и исчезать
независимо от внешнего наблюдателя, поэтому квантовые корреляции в
макроскопическом мире незначительны и ими можно полностью пренебречь.
Однако при этом не учитывается одно существенное обстоятельство –
свойства этих корреляций столь необычны и всеобъемлющи, что легко могут
«перевесить»
самые
сильные
классические
корреляции.
Пренебрегая
квантовыми корреляциями (классическая физика так и поступает), резко
ограничиваются возможности при описании физической реальности, сводя ее
практически к бесконечно малой части всей совокупной квантовой
реальности.
Ключевым моментом с позиции квантовой теории информации есть
размерность конкретного пространства состояний (гильбертова пространства),
которая определяется в свою очередь тем энергетическим интервалом, в
пределах которого реализуются все возможные состояния данных систем.
Исходя из представлений квантовой теории строения мироздания,
проведем анализ понятия «информация».
Для проявления и передачи информации между подсистемами универсума необходимо выполнение основных условий, основанных на объективных физических закономерностях[164-166].
80
Условие 1. Реальность существования объектного пространства в
мироздании.
Условие 2. Объекты обладают множеством атрибутов (необходимое,
существенное, неотъемлемое свойство объекта).
Условие3. В процессе взаимодействия объектов атрибуты реализуются,
т.е. проявляются в виде физических свойств объектов (свойство – сторона
предмета, которая обусловливает его различие или общность с другими
предметами).
Условие 4. Выделяемые объекты из пространства информационно взаимодействуют в том случае если «видят» друг друга (видеть – это изменять
свое состояние в соответствии с принятой информацией).
Условие 5. Информация проявляется только в процессе информационного взаимодействия объектов, в виде определенных значений свойств
объектов.
Условие 6. При информационном взаимодействии объектов информационные признаки свойств одного объекта передаются информационным
признакам свойств другого объекта (признак – количественная и качественная характеристика объекта распознавания).
Условие 7. Для проявления и передачи информации необходимо наличие
двух объектов, приемник и передатчик.
Условие 8. Взаимодействие между объектами является симметричным
при котором передача информации происходит с помощью сигналов в
энергоматериальной форме.
Условие 9. Проявление и передача информации между передающим и
принимающим объектами происходит только в том случае, когда уровень
энергетической массы взаимодействия превышает пороговый энергомассовый уровень восприятия приемника и характеризуется отношением
  В 
порогов чувствительности восприятия  объектов А и В  А  .
  
81
Условие 10. При превышении порогового уровня восприятия приемника
энергомассовым значением взаимодействия принимающий информацию
объект определенным образом реагирует изменением своего состояния на
величину адекватную величине передаваемой информации (значению кода).
Перечисленные
выше
условия
реализуются
на
основе
четырех
квантовых физических принципов [163].
Принцип 1. Принцип наименьшего действия, согласно которому макроскопическая частица ищет путь, выбирая тот, при котором величина действия
наименьшая (из принципа наименьшего действия Ричард Феймана).
Принцип 2. Принцип оптимальности (принцип относительности в
физике – это частный случай принципа оптимальности).
Принцип 3. Необратимость законов природы, которая не вызвана решением управляющей системы и не связана с влиянием измерений и
вычислений (этот принцип указывает реальную причину необратимости
законов природы, которую невозможно просто вывести из обратимых
законов физики).
Принцип 4. Принцип причинности – причиной регулярных событий
является решение управляющих систем (в нашем мире есть реальные
управляющие системы, живые системы есть частный случай таких систем).
1.3. ОБЩИЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОБЛЕМЫ
Общий
подход
к
исследованию
проблемы
настоящей
работы
заключается в разработке новых информационных методов и средств анализа
и синтеза КИТ механообработки, разработки информационных интегральных
критериев
формообразования,
разработки
системно-информационного
математического моделирования технологических процессов и систем, что
является важной научной и научно-прикладной задачей технологии машиностроения – повышение эффективности машиностроительного производства.
82
Полная интеграция процессов ЖЦИ в машиностроении позволяет
решать многие частные и специальные производственные задачи. Принципы
КИП обеспечивают полную автономию различных КИТ, что предопределяет
высокую мобильность всего производства. Интеграция производственных
процессов сверху в низ, вертикально, связывает в единую автоматическую
цепочку всю
последовательность
создания
и
изготовления
деталей,
различных заготовок, сборку изделий. Горизонтальная интеграция, т.е.
интеграция одинакового назначения систем в единые системы освобождает
от многократного введения одних и тех же данных в ЭВМ.
Компьютерно-интегрированные системы требуют высокой степени
надежности, что обеспечивается дополнительными подсистемами определения ошибок, отказов и методов устранения. Системы самодостаточности
оборудования предсказывают возможные отказы и пути их устранения. КИТ
объединяет различные автоматизированные системы САПР – конструкторская с АСТПП, АСОПП, АСУП сверху вниз по вертикали, затем САПР
различного назначения на основе объединения персональных банков и
пакетов программ в единую базу данных и библиотеку программ.
Полная интеграция КИТ обеспечивается ИИС – единым информационным, математическим, программным, алгоритмическим и техническим
обеспечением и охватывает различные направления[115]:
1) интеграция всего разнообразия изготавливаемых деталей и различные группы при обработке их на единой или нескольких системах;
2) интеграция формообразования в ГПС с отдельно работающими
станками с ЧПУ, ГАУ и т.п.
3) интеграция материальных потоков (заготовок, деталей, узлов, изделий, инструмента, приспособлений, оснастки, основных и вспомогательных
материалов и т.п.;
4) интеграция процессов создания и производства изделий от задания
до готовой продукции;
5) интеграция обслуживания объединением всех обслуживающих
процессов в единую систему;
83
6) интеграция управления на основе общего использования вычислительной техники, банков данных, библиотек пакетов прикладных программ и
т.п.;
7) интеграция потоков информации для принятия решений;
8) интеграция персонала в соответствии с требованиями гибкого
производства.
Основными критериями оценки интеграции технологических процессов
являются:
1) рост производительности технологического оборудования;
2) повышение качества продукции;
3) повышение надежности работы систем, увеличение периода безотказной работы;
4) эффективность работы диагностических систем, сокращение простоев оборудования и систем;
5) понижение суммарного времени работы технологических процессов
в станочных системах;
6) способность обрабатывать большое разнообразие деталей, переходить на изготовление изделий с минимальным временем и т.п.
Анализ и синтез структур и параметров КИТ, с позиции системного
сложного объекта, требует определение критериев интегрированных показателей качества взаимообусловленных между собой, которые бы обеспечивали этапы исследования, конструирование, технологическую подготовку
производства, производство и контроль изделий последовательной преемственной оценкой качества системы в рамках ЖЦИ. Необходимо синтезировать
систему критериев качества этапов ЖЦИ интегрированного производства как
единое целое, исходя из их сущности и применения определенной логики
формирования искомой системы.
Под параметрами, характеризующими исследования и разработки, понимаются показатели, выражающие признаки и свойства, присущие интегрированному производству по его природе, назначению и не отрицающие опыт их
84
осуществления, реализации. Множество параметров разработок шире
множества параметров качества разработок, так как качественные параметры
представляют собой в общем случае множество всего множества параметров.
В настоящее время параметры разработок НИОКР разделены на три
класса [167]: 1. Объектные (характеризующие объект разработки в его
материально-вещественной форме):
1.1. Целевого назначения и эффекта.
1.2. Компоновочные, габаритные, по массе.
1.3. Процессные (физико-химические).
1.4. Надежности.
1.5. Эксплуатационные.
1.6. Экономические показатели объекта.
1.7. Сборности и блочности.
2. Технологические (характеризующие технологию изготовления и
испытания объекта) (рис. 1.5,1.6).
2.1. Параметры технологических процессов и способов обработки.
2.2. Характеристики оборудования и инструмента.
2.3. Параметры процессов контроля и испытаний.
2.4. Характеристики оборудования для контроля и испытаний.
2.5. Экономические показатели технологических процессов.
3. Параметры собственно НИОКР (внутренние), характеризующие
свойства самих исследований и разработок как информационного процесса.
3.1. Уровень значимости, весомости разработки.
3.2. Сложность разработки.
3.3. Новизна разработки.
3.4. Достоверность разработки.
3.5. Выполнение заданных требований, условий, ограничений.
3.6. Точность расчетов.
3.7. Уровень унификации.
3.8. Патентная чистота и защищенность разработки.
Рисунок .1.5 – Критерии качества технологических разработок
85
86
3.9. Параметры экспериментального обоснования разработки.
3.10. Экономические параметры разработок.
Объективные параметры разработок являются определяющими, если
разработки ориентированы непосредственно на создание новых видов
продукции.
Но объективные параметры окончательно формируются на завершающих стадиях разработки и не обладают четкой определенностью.
Поэтому класс объектных параметров дополняется другими классами, т.е.
технологические параметры (рис. 1.5) и параметры резания (рис. 1.6).
Выделение технологических параметров в специальный класс необходимо. В этом случае технология является конечным объектом разработки,
и технологические ее параметры выступают в роли объективных параметров
и отвечают на вопрос. Как изготовить разрабатываемый объект?
Экономические показатели проектируемого объекта предопределяются в
значительной мере технологическими параметрами разработок. К оценке
качества исследований и разработки выносятся требования, которые представляют собой требования к составу и содержанию оценочных критериев,
методам их определения, организации процессов оценивания.
К основным требованиям к оценкам качества научных, проектных,
технологических разработок относят:
1) требования объективности;
2) требования системности;
3) требования целенаправленности;
4) требования представительности;
5) требования надежности и достоверности;
6) требования универсальности;
7) требования простоты и доступности;
8) требования практической реализуемости.
Рисунок 1.6 – Критерии качества технологической обработки резанием
87
88
Исторически подсистемы КИП развивались, обособлено, индивидуально
были разработаны критерии качества, которые были разделены на классы. С
возникновением
интеграции
производственных
процессов
появилась
необходимость разработки интегральных информационных критериев,
позволяющих оценивать качество интегрированного производства как
единого целого системы.
1.4. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Методика исследования в настоящей работе заключается в использовании основных положений современной теории информации при
исследовании технологических процессов и систем и на этой основе
разработки системно-информационного подхода к анализу и синтезу КИТ
механообработки, обеспечивающие конструкторскую, технологическую,
производственную, информационную и энергетическую совместимости при
решении следующих задач:
1) обеспечение снижения себестоимости проектируемых машин;
2) обеспечение снижения затрат при технологической подготовке и
освоении производства;
3) снижение себестоимости машин в процессе производства.
Задача синтеза ПТС механической обработки рассматривается как
задача определения целевых подсистем и их связей с наилучшей совместимостью конструкторских, технологических, программных, информационных,
энергетических и эксплуатационных элементов при минимальных затрат.
Конструкторская совместимость обеспечивает конструкторское единство параметров, которые находятся в диапазонах использованных для построения оптимальных стоимостных характеристик изделия. Она определяет
необходимость выполнения определенных требований к конструкторским
решениям, обеспечивающих качество заданных потребительских свойств.
89
Изделие должно принадлежать к оптимальному типовому размерному ряду,
параметры членов которого выбирают из условия максимальной эффективности на всех этапах ЖЦИ.
Технологическая совместимость обеспечивает технологическое единство и
взаимозаменяемость компонентов автоматизированного производства. Она
определяет необходимость выполнения определенных требований к изделию,
технологии и технологическому оборудованию. Изделие должно быть
максимально технологично с точки зрения возможности автоматизации его
производства. Кроме того, изделия должны обладать высокой степенью
конструктивного и технологического подобия, необходимого для организации группового производства. Достигается это требование унификацией
технологии производства изделий и их полуфабрикатов, конструкций,
деталей, комплектующих и изделий в целом. В свою очередь все компоненты
ГПС
приспособления,
оснастка,
автоматические
устройства
загрузки
выгрузки, оборудование должны в наивысшей степени удовлетворять
требованиям гибкой автоматизации.
Информационная совместимость подсистем КИП обеспечивает их оптимальное взаимодействие при выполнении заданных функций. Для ее
достижения вводятся в действие стандартные блоки связи с ЭВМ,
выдерживается строгая регламентация входных и выходных параметров
модулей на всех иерархических уровнях системы, входных и выходных
сигналов для управляющих воздействий. В условиях постоянного повышения
стоимости программного обеспечения больших систем, во все больших
пропорциях превышающей стоимости технических средств, особенно важное
значение, приобретает внутри и межуровневая программная совместимость
оборудования. Конструктивная совместимость обеспечивает единство и
согласованность геометрических параметров, эстетических и эргономических характеристик. Она достигается созданием единой конструктивной
базы для функционально подобных модулей всех уровней при условии
обязательной согласованности конструкций низших иерархических уровней
90
с конструкциями высших уровней. Эксплуатационная совместимость
обеспечивает согласованность характеристик, определяющих условия работы
оборудования, его долговечность, ремонтопригодность, надежность, и метрологических характеристик, а также технологического микроклимата и т.п.
Энергетическая совместимость обеспечивает согласованность потребляемых энергетических средств: воды, электроэнергии, сжатого воздуха,
жидких газов, вакуума т.д. При комплектовании КИП необходимо стремиться к минимальному количеству разновидностей применяемых видов
энергии.
В рамках ЖЦИ проходит этапы НИОКР, технологической подготовки,
обработки, сборки, контроля, испытания, ремонта, содержания оборудования. Развитие этапов ЖЦИ проходит в результате взаимодействия со средой,
проектирующей, изготавливающей, налаживающей, использующей, восстанавливающей и ликвидирующей системами. Процесс взаимодействия
объектов характеризуется энергией, веществом и информацией. Эффективное преобразование энергии, вещества и информации в процессах КИП
обеспечивается конструкторской, технологической и энергетической совместимостью изделия на всех этапах ЖЦИ. Информация в этом процессе играет
ведущую роль, она определяет размерные, временные и пространственные
характеристики преобразования энергии и вещества и является основным
фактором развития КИП.
Однако общепризнанное классическое определение понятия информации не удовлетворяет растущим потребностям инженерной мысли при
разработке технических систем будущего.
Понятие информации относится к основным понятиям науки об
управлении и тесно связано с такими понятиями как «информационный
процесс» и «информационная система». Разработка методов определения
смысловой
информации
в
информационных
процессах
позволяет
значительно точнее прогнозировать поведение проектируемых технических
систем и более эффективно управлять ими.
91
Решение задач совершенствования состояния и развития технических
систем требуют понимание информации как физической величины в той же
степени как энергия и вещество, это позволило бы описывать информационные процессы и предсказывать следствия этих процессов на основе
знания причин.
Использование
формулы
Больцмана-Шеннона
по
определению
количества информации оснований на знание вероятности наступления
некоторого события не достаточно для решения вышеизложенных задач.
Для решения поставленной задачи необходимо построить информационную модель интегрированного производства, которая бы отражала информационные процессы в пространстве и во времени связанные с получением,
передачей, хранением и использованием информации об изделии на уровнях
от САПР до контроля в САК.
Использование основных идей теории информации в науке
технических
системах
получил
название
о
теоретико-информационного
подхода [36].
1.5. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Из обзора литературы по вопросам исследования КИТ механообработки
следует, что технологические системы при изменении конструктивных
параметров детали должны количественно и качественно переналаживаться в
сжатые сроки при минимальных затратах. Обеспечение гибкости и
эффективности такого процесса возможно при внедрении КИП для
интегрированных автоматизированных систем, включающих конструирование, технологическое проектирование и изготовление изделий и контроль.
Внедрение ИПИ /CALS-технологий информационной поддержки изделий в
ближайшие годы станет необходимым условием выживания промышленных
предприятий
при
существующей
жесткой
конкуренции
товаров
на
92
международных и национальных рынках. Одним из условий повышения
мобильности предприятий является компьютерная интеграция на базе ИИС
всех звеньев производственного процесса – от инженерных расчетов и
проектирования изделий до технической подготовки производства и
управления процессами управления. Основным способом решения поставленных проблем является создание единой интегрированной модели изделия
на базе государственного стандарта.
Цель и задачи исследования. Целью работы является решение научной и
научно-прикладной проблемы повышение эффективности производственнотехнологических структур за счет разработки основ анализа и синтеза компьютерно-интегрированных технологий механообработки на базе системноинформационных моделей, которое имеет важное значение для развития
машиностроения.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить
следующие задачи:
1. Провести анализ источников по компьютерно-интегрированным производственным системам механообработки, предложить информационную модель
развития жизненного цикла и область исследования.
2. Разработать методологию системно-информационного моделирования
технологических процессов и систем машиностроения на основе формализованного определения комплексной информации.
3. Провести системно-информационный анализ технологических процессов и систем механообработки на этапах жизненного цикла изделия.
4.Разработать системно-информационные модели формообразования
резанием и интенсивности обработки для разных методов механообработки.
5. Определить основы применения системно-информационных моделей
технологических процессов и систем механообработки в компьютерноинтегрированных технологиях машиностроения на этапах жизненного цикла
изделия.
6. Разработать основы синтеза компьютерно-интегрированных технологий механообработки на базе системно-информационных моделей.
93
7. Разработать инженерные методики решения задач оптимизации параметров формообразования резанием для различных методов механообработки на базе системно-информационных моделей.
8. Разработать компьютерно-интегрированную технологию механообработки на базе системно-информационных моделей и внедрить результаты
разработок и исследований (методик и программных продуктов) в производство с целью обеспечения повышения качества изделий и эффективности технологических процессов и систем.
Объектом исследования. Процессы исследования, проектирование и
усовершенствование технологических процессов и систем машиностроения.
Предметом исследования. Закономерности основ анализа и синтеза компьютерно-интегрированных технологий механообработки на этапах жизненного цикла изделия.
ВЫВОДЫ
1. Ядро структуры полноценного КИП образует так называемая несопровождаемая производственная подсистема (LOM, Light Out Manufacturing),
включающая ряд обязательных подсистем КИТ:
1) компьютерное проектирование (computer-aided design/ CAD),
2) компьютерное производство (computer-aided manufacturing/ САМ) ,
3) интегрированная
информационная
сеть
(Integrated
Information
Network), это условие позволяет реализовать основную идею такого
производства, которая заключается в быстром выпуске индивидуальных
заказов под потребности в массовом порядке за счет компьютеризации и
интеграции производственных процессов и КИТ на этапах ЖЦИ.
2. Современные КТИ должны охватывать в семь этапов ЖЦИ: исследование, проектирование, изготовление, налаживание, использование, восстановление и ликвидация.
94
3. На этапах ЖЦИ каждое подразделение КИП: НИОКР, конструирование, технологическая подготовка, обработки, сборка, контроль, испытание, делопроизводство, ремонт, поддержание оборудования реализуют свои
функции, обеспечиваемых системами: внешними условиями среды, проектирующей, изготавливающей, налаживающей, использующей, восстанавливающей, ликвидирующей системами.
4. Взаимодействие является основным условием приема и передачи информации подсистемами КИП на этапах ЖЦИ, вследствие чего проявляется
информационный отклик свойств объекта воспринимающего информацию на
проявление свойств объекта передающего информацию.
5. Эволюция развития подсистем КИП характеризуется этапами компьютеризации и интеграции, которые направлены, прежде всего на эффективность основного производственного процесса – изготовления изделий,
которое обеспечивает изготовление машин по различным индивидуальным
заказов в массовом порядке, за минимальное время.
6. По определению в стандарте ISO 9004-1 жизненный цикл продукции –
это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до момента удовлетворения этих
потребностей и утилизации продукции, это положение интегрирует ЖЦИ на
уровне законодательства.
7. Потребность в создании КИТ поддержки ЖЦИ и организации информационного взаимодействия компонентов такой системы приводит к
необходимости создания ИИС. В основе ИИС лежит использование открытых архитектур, устанавливаемых международными стандартами, обеспечивающих совместное использование данных и апробированных программнотехнических средств.
8. Синтез ПТС на этапах ЖЦИ проектирование и использование –
называется прямой задачей объемного планирования, т.е. это определение
оптимального качественного и количественного состава оборудования, в
большинстве случаев в сочетании с совокупностью технологических
маршрутов.
95
9. Задача синтеза структур ПТС формулируется в основе своей как задача дискретного математического программирования. Все этапы синтеза в
конечном итоге преследуют цель достижения экстремума целевой функции
оптимизации.
10. Задача синтеза ПТС серийного производства должна рассматривается в системном аспекте. Это предполагает: определение набора маршрутных технологических процессов; определение комплекта оборудования
для реализации технологических процессов; согласование работы механообрабатывающего и сборочного цехов при равномерном распределении
годовой программы выпуска изделий; выбор размеров партий запуска
деталей и циклов поставки их сборочному цеху; определение условий
устойчивости производственного процесса при минимальной длительности
цикла механической обработки (т.е. расчет межоперационных и межцеховых
запасов).
11. Общий подход к исследованию проблемы настоящей работы заключается в разработке новых информационных методов и средств анализа и
синтеза КИТ механообработки, разработки информационных интегральных
критериев
формообразования,
разработки
системно-информационного
математического моделирования технологических процессов и систем, что
является важной научной и научно-прикладной задачей технологии машиностроения – повышение эффективности машиностроительного производства.