Автоматизированная технологическая подготовка производства верфи

Современное судостроение требует широкого использования информационных технологий, что, в свою очередь, создает необходимость индивидуального проектирования технологических процессов с учетом конкретного состояния производств и рациональной загрузки оборудования.

Решение задачи состоит в создании на предприятии АСТПП — системы автоматизированного проектирования:

• Процессов изготовления деталей;
• Корпусосборочных единиц;
• Формирования корпуса судна;
• Монтажа агрегатов, механизмов, судовых устройств и систем;
• Постройки судна в целом с учетом условий предприятия.

В резуль­тате предприятие получит оперативную технологическую информацию, в том числе технологические документы, а также данные для управления оборудованием, для изготовления и применения СТО.

АСТПП верфи реализуют за счет автоматизации инженерно-техни­ческих работ и использования информационных технологий.

Преиму­щества АСТПП — в:

• Сокращении сроков и повышении качества проектирования технологических процессов;
• Увеличении производи­тельности труда технологов;
• Своевременном получении оперативной информации о текущем состоянии ТПП, облегчении и ускорении корректировок;
• Обеспечении взаимодействия с другими системами автоматизированного проектирования.

Необходимость распространения АСТПП на предприятиях отрас­ли, адаптация систем к изменяющимся условиям производства, по­стоянное развитие систем предъявляют ряд требований, главными из которых являются:

• Единство;
• Автономность;
• Современность методов создания и организации систем;
• Адекватность используемым инстру­ментальным средствам;
• Адаптивность;
• Тиражируемость;
• Оптималь­ность распределения функций между человеком и автоматизирован­ной системой.

Выполнение перечисленных требований определяется уровнем:

• Методического;
• Математического;
• Программного;
• Лингвисти­ческого;
• Информационного;
• Организационного и технического обес­печения АСТПП.

Создание и существование современной АСТПП ос­новано на соблюдении ряда принципиальных системообразующих положений.

Принцип системного единства. Компоненты АСТПП верфи долж­ны разрабатываться как части единого целого, функционирование которых подчинено общей цели. Максимальный эффект от системы достигается при комплексной автоматизации решения задач технологи­ческой подготовки производства.

АСТПП необходимо рассматривать как часть единого информаци­онного процесса, который реализуется в виде корпоративной инфор­мационной системы (КИС) предприятия, объединяющей разрознен­ные процессы использования систем автоматизированного проектирования, АСТПП и автоматизированных систем управления предприятием.

В основу реализации КИС положены современные безбумажные технологии непрерывной поддержки жизненного цикла изделия, так называемые CALS-технологии (Continuous Acquisition and Life cycle Support). Применение в практике работ CALS-технологий обеспечи­вает не только информационную интеграцию процессов внутри судостроительного предприятия, но и «внешнюю» интеграцию процессов, выполняющихся в ходе всего жизненного цикла судна от проектирова­ния и строительства до эксплуатации и утилизации.

Технология CALS базируется на использовании ряда интегрирован­ных информационных моделей, в частности, компьютерной производ­ственной модели судна (Ship product model). АСТПП – одно из средств формирования модели судна, представляющей собой единую компью­терную трехмерную модель в виде базы данных, распределенной по корпусу судна, судовым помещениям и их насыщению механизмами, оборудованием, устройствами, системами и трубопроводами. При ис­пользовании АСТПП бумажные чертежи и документы являются вто­ричными и формируются на основе использования распределенной базы данных производственной модели. Производственная модель суд­на содержит всю необходимую информацию для поддержания всего жизненного цикла судна.

Принцип декомпозиции. При проектировании система разбивается на программные компоненты по наиболее слабым связям. Внутренние связи в компоненте должны быть значительно сильнее, чем ее связи с другими компонентами.

Принцип независимости (модульности). Все компоненты АСТПП должны представлять собой функционально законченные модули, ко­торые могут эксплуатироваться как самостоятельно, так и в системе. Представление компонент как функционально автономных блоков с унифицированной структурой способствует созданию различных кон­фигураций системы, наилучшим образом учитывающих особенности строящихся проектов, применяемые технологии постройки и исполь­зуемое на верфи оборудование.

Принцип совместимости. Все обеспечивающие составляющие АСТПП должны позволять совместное функционирование компонент. Особенно важны управляющая, информационная и программная согласованность отдельных компонент системы. От совместимости программных компо­нент впрямую зависит эффективность систем управления данными о про­дукте (product data management), обеспечивающих набор пользователь­ских функций для поддержки электронной модели судна.

Принцип открытости. АСТПП — сложная система, в связи с чем она неизбежно пополняется новыми компонентами, расширяющими круг решаемых ею задач. При этом ее действующие компоненты обновляют­ся и корректируются. Система должна иметь развитые средства настрой­ки и включения собственных пользовательских приложений.

Сложность и многообразие решаемых задач, потребность в посто­янной модернизации технических и аппаратных средств объективно требуют того, чтобы АСТПП:

• Была открытой для наращивания и модернизации аппаратных ресурсов любого уровня (серверов, рабочих станций, периферийного оборудования, сетевых устройств и т. д.) без остановки эксплуатации на срок, критический для эксплуатирующих ее подразделений;
• Являлась, по возможности, инвариантной к программным сред­ствам системного уровня, т. е. открытой для установки как новых вер­сий программ, так и для внедрения совершенно новых программных продуктов (операционных систем, СУБД и т. п.).

Информационная открытость АСТПП определяется прежде всего интеграцией программных компонент внутри самой системы на основе использования единой базы данных модели судна. Являясь органической и неотъемлемой частью КИС предприятия, АСТПП верфи должна на программно-аппаратном уровне иметь интерфейсы, обеспечивающие ее стыковку с другими автоматизированными системами.

Взаимодей­ствие с внешними системами обеспечивается посредством поддержания открытых стандартов компьютерного представления и обмена инфор­мацией (IGES, DXF, VDA-FS, SET). В судостроении на основе формата STEP разработан вариант международного стандарта ISO 10303 – Exchange of Product Model data (обмен данными по модели изделия), который устанавливает общий для судостроения нейтральный компью­терно-ориентированный формат полного представления сложных 3-мерных моделей изделий. Стандарт регламентирует форматы и структуры данных и операций с ними, от элементарных до сложных комплексов.

Принцип стандартизации. АСТПП должна представлять собой гиб­кую и минимальную по составу элементов и структуре систему. Это достигается унификацией, типизацией и стандартизацией компонент системы на единой методологической основе, выделением компонент инвариантных к объектам и отраслевой специфике. Стандартизация элементов АСТПП снижает затраты и время, необходимые на ее про­ектирование, эксплуатацию и поддержание.

Принцип базирования на новейшие научно-технические достижения. Для работы с полным электронным описанием судна современная АСТПП должна иметь широкий набор средств геометрического моделирования, обеспечивающих создание моделей изделия любой слож­ности с использованием методов параметрического каркасного, поверх­ностного и твердотельного моделирования или непараметрического моделирования, а также средств, позволяющих интегрировать парамет­рические и непараметрические методы.

Не менее значима для современной АСТПП степень интегрирован­ности ее программных компонентов в Интернет-среду.

Использование аппарата Баз Знаний в программных компонентах АСТПП позволяет закладывать в систему правила, содержащиеся в от­раслевых и национальных стандартах, в руководящих документах, а также накопленный персоналом опыт.

Принцип эргономичности. АСТПП верфи — человеко-машинная си­стема, в которой пользователь является ее составной частью и взаимо­действует в едином комплексе со средствами ЭВТ. При решении ряда задач технологической подготовки производства через пользователя замыкается обратная и в некоторых случаях организуется прямая информационная связь. Пользователь является активным элементом си­стемы.

Поэтому при проектировании АСТПП необходимо рассматри­вать комплекс вопросов по взаимодействию человека с вычислительной системой, основными из которых являются распределение функций между человеком и вычислительной системой, исследование возмож­ностей человека-оператора, как звена системы «человек-система» и т. п. В рамках автоматизированной системы должен быть обеспечен удобный для пользователей интерфейс, рассчитанный на пользователя, не являющегося программистом. Диалог системы с пользователем должен вестись в судостроительных терминах и понятиях, для него привычных.

Современные АСТПП состоят из отдельных подсистем. По назна­чению выделяют, как показано на рис. 2, подсистемы, выполняющие целевые проектные процедуры ТПП (основные функции) и обслужи­вающие подсистемы, предназначенные для организации и управления всей ТПП с использованием вычислительной техники.

Подсистема автоматизированного проектирования обеспечивает снижение трудоемкости решения технологических задач за счет исполь­зования соответствующих математических методов и адаптивность всей системы к условиям конкретных задач производства на данном предприятии. Подсистема информационного обслуживания обеспечивает соответствующей информацией технологов и программные подсисте­мы для организации их взаимодействия, выполняет формирование документации, поддержку интерактивного режима работы подсистем.

Эффективность создания и последующей эксплуатации АСТПП в судостроении в значительной мере определяется степенью ее интегра­ции с другими системами, обеспечивающими проектирование судов и реализующими производственный процесс их постройки. С развитием информационных технологий и вычислительной техники появились на­правления интеграции САПР, АСТПП и АСУП, аналогичных зарубеж­ным CAD/CAM/CAE, позволяющие оперативно и на высоком качественном уровне решать весь комплекс задач по организации и управлению ТПП на предприятии.

При такой интеграции информаци­онно-программных систем значительно сокращается как количество про­ектных ошибок (соответственно и технологических) и неувязок, так и цикл отработки необходимых проектных изменений при обеспечении гарантированной целостности и непротиворечивости данных.

В силу целого ряда причин единая общепринятая в мире концепция развития систем CAD/CAM в России применительно к судостроению в настоящее время отсутствует. В первую очередь, поскольку зарубежные системы не ориентированы на отечественные стандарты и руководящие документы проектирования судов и технологической подготовки производства, а собственные разработки систем автоматизированного про­ектирования судостроительного назначения не вышли из стадии опыт­ной эксплуатации.

Тем не менее в судостроении разработаны и используются отечественные системы САПР в области проектирования судов, такие как ПРОЕКТ-1, ПРОЕКТ-2, АСТРА, АИСТ, ЭСКАП, включающие:

• Функциональные подсистемы общего проектирования и общего расположения судна (САПР-ОПР);
• Проектирования корпуса (САПР- К);
• Проектирования судовых трубопроводных систем (САПР-Т);
• Проектирования электротехнической части судна (САПР-ЭЧ);
• Обстрой­ки и оборудования помещений (САПР-ООП);
• «Машиностроение» (САПР-МСЧ).

В области автоматизации ТПП на предприятиях действуют интег­рированные с САПР судов АСТПП верфи, включающие автоматизированные системы плазовой подготовки производства, такие как АТОПС, СИБОС, ПЛАТЕР, состоящие из подсистем:

• Модель – включает модуль генерации поверхности корпуса, фор­мирует данные, определяющие поверхность корпуса судна и основные конструкции;
• Контур — задает положение пазов, стыков, притыкания палуб, пе­реборок и профильного набора к наружной обшивке корпуса судна;
• Деталь – определяет контуры деталей корпуса и данные об их гео­метрии;
• Раскрой — обеспечивает автоматизированное формирование карт раскроя;
• Маршрут — описывает траекторию и технологию вырезки деталей по картам раскроя с разработкой управляющих программ тепловой резки;
• Обработка – обеспечивает формирование маршрутов изготовления деталей в условиях заданного корпусообрабатывающего цеха.

В качестве примера АСТПП для судостроения могут служить оте­чественные системы РИТМ «Корпус» и РИТМ «Судно», внедренные на предприятиях и в КБ отрасли. Состав модулей и структура назван­ных систем приведены на рис. 3 и 4.

В составе АСТПП РИТМ «Корпус» модуль Спецификация обеспечи­вает ведение общей информации о проекте судна и формирование баз дан­ных (БД) по спецификациям чертежей судовых корпусных конструкций. В рамках модуля выполняют формирование и выпуск технологических документов. Автоматически поддерживают связь с БД карт раскроя и классификатором материалов. Имеются встроенные пользовательские средства настройки на формы технологических документов.

Модуль Модель обеспечивает согласование судовых поверхностей и формирование конструктивно-технологической БД корпусных кон­струкций.

Модуль Параметризатор предназначен для формирова­ния элементов судовых конст­рукций трехмерной модели корпуса и на ее основе — для формирования и технологии обработки листовых деталей. Функционирует в интерактив­ном и пакетном режиме (ре­жим расчета по процедурам).

Модуль Деталь обеспечи­вает интерактивное формиро­вание БД листовых и про­фильных деталей корпуса и выпуск первичных технологи­ческих документов (карт техпроцесса, карт эскизов и др.). В модуле автоматически обеспечена связь с нормативными БД типовых узлов и с классифи­катором материалов. Имеется встроенная система справок.

Модуль Раскрой предназначен для автоматизированной подготов­ки управляющих программ вырезки корпусных деталей на машинах тепловой резки с ЧПУ.

Модуль Оснастка обеспечивает расчет специальной технологичес­кой оснастки для изготовления корпусных конструкцийСостав и характеристика технологических операций изготовления корпусных конструкций (сборочные постели, гибочные шаблоны, данные для контуровки секций). Модуль легко настраивается на технологические требования верфи и парамет­ры технологического оборудования.

АСТПП верфи РИТМ «Судно» предназначена для автоматизиро­ванного решения задач организационно-технологической подготовки производства и включает БД по постройке судов, выпуск технологи­ческих документов и организаторско-технологических документов, та­ких как:

• Укрупненный сетевой график постройки судна;
• Технологический график постройки судна;
• Ведомости планово-учетных единиц работ;
• Ведомости заказа и норм расхода материалов и др.

РИТМ «Судно» – отечественный аналог зарубежных CAD/CAM систем, таких как TRIBON, FORAN, NUPAS, обладающий определен­ными преимуществами:

• Простотой в обращении;
• Учебным интерфей­сом;
• Более простыми требованиями к персональным компьютерам, на которых установлена программа.

Анализ отечественных автоматизированных систем подготовки про­изводства показывает, что российским судостроительным предприя­тиям предложены приемлемые для них по цене и качеству интегриро­ванные системы проектирования и подготовки производства. Вместе с тем по ресурсным возможностям отечественным разработчикам слож­но конкурировать с ведущими мировыми фирмами — разработчиками CAD/CAM продуктов.

Отечественные CAD/CAM системы:

• Не имеют полноты набора функций и обслуживаемых процессов;
• Возможности параллельного проектирования;
• Ассоциативности и использования Баз Знаний;
• Способности к работе в среде Интернет.

Для отечественных CAD/CAM систем и отдельных программных ком­плексов целесообразна интеграция с современными универсальными CAD/CAM/CAE системами, имеющими развитые средства разработчи­ка. В ядро CAD/CAM/CAE системы включают лучшие отечественные программные продукты и инженерные решения. Такой путь позволит не только сохранить имеющиеся наработки, но и вывести их на должный уровень с учетом развития прикладных продуктов и CALS-технологий.

Рекомендуется к прочтению:
Отраслевые системы технологической документации и ТПП верфи
Установка электрооборудования, подготовка и монтаж кабелей на судне