Основы цифровых производств в машиностроении Кутин Андрей Анатольевич

Основы цифровых производств в машиностроении Кутин Андрей Анатольевич д. т. н. , профессор, зав. кафедрой «Технология машиностроения»

Содержание курса • • • Лекции – 40 часов Практические занятия – 20 часов Лабораторные работы – 20 часов Домашнее задание Экзамен

Литература • Шишов О. В. Современные технологии промышленной автоматизации. М. : Берлин, Директ. Медиа, 2015, 368 с. • Zude Zhou, Shane Xie, Dejun Chan. Fundamentals of Digital Manufacturing Science. Springer, 2012, 365 p. • С. Г. Селиванов, М. Б. Гузаиров, А. А. Кутин Инноватика: Учебник для вузов. , Машиностроение, 2013. -640 с. • Статьи из журнала «САПР и графика» тематическое приложение «Машиностроение» •

Лекция 1 Цель и задачи курса. Основные понятия и определения.

Основной целью освоения дисциплины является ознакомление с теоретическими основами и принципами проектирования цифровых машиностроительных производств, освоение методик и инструментальных средств построения цифровых производств на базе информационных и производственных технологий. Основными задачами изучения дисциплины являются: • изучение концепции информационной поддержки жизненного цикла изделий, • изучение принципов построения, возможностей, преимуществ и недостатков основных отечественных и зарубежных систем автоматизации производства, • освоение методики сквозного автоматизированного конструирования изделий, проектирования технологических процессов изготовления и цифрового производства, • формирование навыков компоновки производственных групп цифрового оборудования с помощью графического 3 D моделирования. • формирование навыков проектирования автоматизированных рабочих мест цифрового машиностроительного производства.

Понятие цифрового производства • В большинстве случаев под термином «цифровое производство» подразумевается информационная (электронная) модель высокотехнологичного производства, охватывающая основные направления перспективных производственных технологий, новых материалов и информационно-коммуникационного обеспечения. Эта модель включает в себя информацию обо всех процессах, протекающих на производстве, а также весь объем информации об изделии, который можно распределить по этапам жизненного цикла изделия: • конструкторские и технологические данные ; • производственные данные и данные о качестве; • логистические данные; • эксплуатационные данные; • экономические данные.

Основные понятия и определения • CAD – Computer Aided Design – компьютерное конструирование. • CAE – Computer Aided Engineering – компьютерное проведение инженерных расчетов • CAPP – Computer Aided Process Planning – компьютерное проектирование технологических процессов • CAM – Computer Aided Manufacturing – компьютерное программирование станков с ЧПУ

Основные понятия и определения • • CRM (Customer Relationship Management) - система управления взаимоотношениями с клиентами SCM (Supply Chain Management) - система управления цепочкой поставок как внутри предприятия, так и за его пределами MES ( Manufacturing Execution System) — исполнительная система производства IETM — (Interactive Electronic Technical Manual) - ИЭТР — интерактивные электронные технические руководства

Основные понятия и определения • • • Project Management Manufacturing Resource Planning – управление проектами и ресурсами Configuration Management (CM) – управление конфигурацией Integrated Logistic Support (ILS)– интегрированная логистическая поддержка Интегрированная информационная среда – совокупность распределенных баз данных, содержащих сведения об изделиях, производственной среде, ресурсах и процессах предприятия Электронный документ – структурированный набор данных, включающий в себя заголовок, содержательную часть и электронно-цифровую подпись

Основные понятия и определения • • PDM-система (Product Data Management) — система управления данными об изделии PLM - система (Product Lifecycle Management) – система, реализующая технологию управления жизненным циклом изделий MRP II (Manufacturing Resource Planning) – управление производственными ресурсами (планирование производства, логистика, управление финансами и др. ) ERP (Enterprise Resource Planning) – управление ресурсами предприятия

Эволюция машиностроительного производства «Индустрия 2. 0» : «Индустрия 1. 0» : электрификация: внедрение механизация: конвейерного замена мускульной силы производства на энергию пара 1784 г. 1870 г. «Индустрия 3. 0» : автоматизация: внедрение роботизированных систем с ЧПУ 1969 г. «Индустрия 4. 0» : «умное производство» сегодня

Состояние вопроса • В настоящее время исследования по прогнозированию создания цифровых производств ускоренными темпами развиваются в США в Американском оборонном исследовательском агентстве (DARPA), в Германии в Фраунхоферском институте автоматизации и организации производства (IFF, г. Магдебург), в Нидерландах в компании Oce Technologies и других научных центрах. • Компанией Siemens разработана программа “Industry 4. 0”, в КНР программа «Производство 2025» , которые определяют основную концепцию развития цифровых производств. • В Российской Федерации также проводятся аналогичные исследования, но пока без системной увязки всех технологий и процессов, реализуемых в цифровом производстве

Информационная модель производства • Основной целью построения информационной модели производства является установление количественных и логических связей между переменными, характеризующими состояние контролируемых показателей деятельности предприятия и его участков. Под этими переменными понимаются параметры изделия (конструкторские данные), контролируемые параметры технологических процессов, производственные данные (информация, связанная с обработкой, сборкой, транспортированием, хранением изделий). • Разработка информационной модели машиностроительного предприятия заключается в тщательном исследовании реальных информационных потоков в производстве, алгоритмов переработки информации и объектов автоматизации с целью совершенствования информационной системы, выбора технических средств механизации и разработки принципов автоматизированной системы управления предприятием

Модель цифрового производства

Цифровой макет предприятия • Цифровой макет предприятия определяет информационные связи между элементами производственной системы предприятия при выполнении производственной программы, которые используются при структурном моделировании технологической, транспортной и других подсистем. На рисунке приведен пример цифрового макета предприятия, на котором стрелочками обозначены логистические связи элементов технологической и транспортной подсистем, возникающие при производстве конкретного изделия.

Цифровой макет предприятия

Комната виртуальной реальности с использованием технологий Capturing Motion

Вставка сборок оборудования производственных участков в строительную часть корпуса

Этапы жизненного цикла изделия и их компьютерная поддержка

Лекция 2 • Компьютеризация подготовки производства

Эволюция бизнеса цифрового производства • Продажи • Логистика • Уровень цифрового проникновения • Высокий • Сервисное сопровождение • Логистика • Маркетинг • Снабжение • Сервисное сопровождение • Маркетинг • Снабжение • Производство • Проектирование • Низкий • Автоматизация • проектирования и производства • 1970 • Снабжение • Производство • Снабжение • Маркетинг • Производство • Проектировани е • Проектирование • Производство • Проектирование • Автоматизированно е конструирование и производство • 1980 • Электронное создание продукта • 1990 • Цифровые двойники и совместное проектирование • 2000 • Совместное управление жизненным циклом и цифровой облачный бизнес • 2010 • 202 0

Задачи САПР ТПП • • создание всего технологического процесса или отдельных операций и переходов; поиск и выбор режущего и вспомогательного инструмента, оборудования, стандартной и универсальной оснастки из соответствующих библиотек; генерацию по электронному маршрутных карт движения изделий (заготовок, полуфабрикатов, деталей); процедуры электронного согласования моделей, чертежей, эскизов, документов и маршрутов; процедуры проведения изменений; получение сводной информации по используемым материалам для изготовления изделий; проектирование чертежей оснастки; разработку управляющих программ станков ЧПУ основного и вспомогательного производства.

Назначение САПР ТПП • В целом задача автоматизации подготовки производства заключается в том, чтобы обеспечить создание цифровых образов изделий, их прототипов, чертежей и документации, формирование программ для станков с ЧПУ, автоматизированных и автоматических технологических линий, раскроя листового металла, подбора заготовок, а также данных для расчёта трудозатрат на изготовление деталей . • Виртуальный образ детали, созданный с помощью информационных технологий и программных инструментов, должен быть автоматически описан в файлах-спецификациях и воплощаться в чертежи. В свою очередь цифровые чертежи и трёхмерные цифровые описания деталей должны служить исходными данными для программ управления оборудованием и различных экономико-производственных расчётов.

Этапы реализации САПР ТПП • внедрить в технических подразделениях предприятия единую технологию проектирования и подготовки производства; • внедрить технологию управления инженерными данными, конфигурациями изделий в единой базе данных предприятия; • осуществить подключение пользователей автоматизированных подразделений к локальной или корпоративной вычислительной сети; • внедрить систему электронного технического документооборота и управления потоком работ в процессах конструкторскотехнической подготовки производства; • обеспечить обучение или переподготовку персонала; • произвести техническое перевооружение автоматизируемых подразделений;

Основные мировые фирмы по САПР № Фирма разработчик САПР Основные продукты Стоимость, млн. долл. США 1 Dassault Systemes (France/USA) CATIA ENOVIA (PDM) Solid Works 2614. 0 2 Autodesk (USA) Autоdesk Inventor Auto. CAD 360 Delcam 2312. 2 3 Siemens PLM (Germany/USA) 1768. 4 NX Solid Edge Team center (PDM) 4 PTC (USA) Creo Parametric Creo Simulation 1 257. 2

Основные российские фирмы по САПР № Фирма разработчик САПР Основные продукты Стоимость, млн. рублей 1 Аскон Компас 3 D Лоцман Вертикаль 983. 0 2 Топ-системы T-Flex 3 D T-Flex DOCs 700. 2 3 ЛЕДАС Компоненты к зарубежным САПР Нет данных 4 Нонософт Нано. CAD Нет данных

Управление ресурсами предприятия (ERP) • Система класса ERP - это корпоративная информационная система для автоматизации планирования, учета, контроля и анализа всех основных бизнес-процессов и решения бизнес задач в масштабе предприятия. ERP-система помогает интегрировать все отделы и функции компании в единую систему, при этом все департаменты работают с единой базой данных и им проще обмениваться между собой разного рода информацией. • ERP система включает в себя различные функциональные модули: бухгалтерский и налоговый учет, управление складом, транспортировками, кадровый учет, управление взаимоотношениями с клиентами. Различные программные модули позволяют заменить устаревшие разрозненные информационные системы по управлению логистикой, финансами, складом, проектами. Вся информация хранится в единой базе данных, откуда она может быть в любое время получена по запросу

Состав системы ERP

Бюджетное и стратегическое планирование • Формулирует стратегические цели и долгосрочные пути развития компании в виде мероприятий (проектов) по отношению к внешней (поставщики, клиенты) и внутренней (маркетинг, закупки, производство, продажи) среде. • Распределяет ответственность структурных подразделений компании за инвестиции, прибыль, доходы и расходы, позволяет точно спланировать финансовый результат и проконтролировать отклонение в его достижении по итогам периода. Определить, какие ресурсы, в каких объёмах и для чего расходуют подразделения компании. Связывает производимые расходы с достижением стратегических целей компании, например: объём продаж, прибыль, свободный денежный поток, стоимость компании.

Логистика • С позиции менеджмента организации логистику можно рассматривать как стратегическое управление материальными потоками в процессе снабжения: закупки, перевозки, продажи и хранения материалов, деталей и готового инвентаря (техники и проч. ). Понятие включает в себя также управление соответствующими потоками информации, а также финансовыми потоками. Логистика направлена на оптимизацию издержек и рационализацию процесса производства, сбыта и сопутствующего сервиса как в рамках одного предприятия, так и для группы предприятий.

Управление персоналом • Подсистема управления и учета персонала осуществляет: организацию найма персонала, организацию собеседования, оценки отбора и приема персонала, учет приема, перемещений, поощрений и увольнения работников, профессиональную ориентацию и организацию рационального использования персонала, управление занятостью, делопроизводственное обеспечение системы управления персоналом.

Управление производством • Планирование выпуска продукции в соответствии с планами продаж, проектами, заказами. • Формирование производственных планов цехов по всей технологической цепочке создания продукции. • Планирование потребностей в материалах, сырье, комплектующих, рабочей силе, оборудовании. • Расчет плановых затрат на производство продукции и ее рентабельности. • Оперативное планирование производства и диспетчирование. • Производственный учет - учет движения материалов и покупных комплектующих, деталей и сборочных единиц в производстве. • Учет фактических затрат на производство продукции и калькуляция ее фактической себестоимости. • План/факт анализ производственной деятельности предприятия.

Положительные стороны внедрения ERP системы на предприятии • • сокращение уровня страховых запасов; своевременность пополнения материально-технических ресурсов; повышение оборачиваемости оборотных средств; сокращение неликвидных запасов и числа неплановых закупок; повышение объемов производства и повышение эффективности эффективный контроль расхода материалов; повышение эффективности ценообразования; снижение трудозатрат на формирование бухгалтерской отчетности

Отличие систем ERP от MRP 2 • Поддержка различных типов производств (сборочного, обрабатывающего и др. ) и видов деятельности предприятий и организаций • Поддержка планирования ресурсов по различным направлениям деятельности предприятия (а не только производства продукции). • ERP-системы ориентированы на управление "виртуальным предприятием" (отражающим взаимодействие производства, поставщиков, партнеров и потребителей). • В ERP-системах больше внимания уделено финансовым подсистемам. • Повышенные требования к инфраструктуре • Повышены требования к интегрируемости ERP-систем с приложениями, уже используемыми предприятием

Наиболее распространенные в России системы класса ERP • • SAP R/3 (24% в мире и 50% в России) Oracle Applications (14% в мире и 7% в России) Dynamics Ax компании Microsoft (11% в мире и 4% в России) 1 С: Предприятие 8 (20% в России) • • Галактика (5% в России) T-Flex PLM Парус Cognos

Система управления взаимоотношениями с клиентами (CRM) • CRM - прикладное программное обеспечение для организаций, предназначенное для автоматизации стратегий взаимодействия с заказчиками (клиентами), в частности, для повышения уровня продаж, оптимизации маркетинга и улучшения обслуживания клиентов путём сохранения информации о клиентах и истории взаимоотношений с ними, установления и улучшения бизнеспроцессов и последующего анализа результатов • Основной целью внедрения, как правило, ставится увеличение степени удовлетворённости клиентов за счёт анализа накопленной информации о клиентском поведении, регулирования тарифной политики, настройки инструментов маркетинга • Основные продуценты Salesforce. com (14 %), SAP (12, 9 %) и Oracle (11, 1 %)[

Классификация и функциональность • Управление продажами (SFA — Sales Force Automation) • Управление маркетингом • Управление клиентским обслуживанием и колл-центрами Стандартная функциональность CRM-системы включает в себя базу данных по продуктам, услугам и ценам компании, информацию о состоянии рынка и конкурентах; систему планирования деятельности; модули управления контактами, управления оперативными взаимодействиями с клиентами, управления заключенными сделками и потенциальными сделками; содержит инструменты для проведения телемаркетинга, генерации отчетов; обеспечивает автоматическую подготовку коммерческих предложений, позволяет проводить анализ и сегментацию целевой аудитории, создавать списки потенциальных клиентов и распределять их между торговыми представителями, планировать проведение маркетинговых кампаний и исследований и анализировать их результаты.

Классификация по уровням обработки информации Операционный CRM — регистрация и оперативный доступ к первичной информации по событиям, компаниям, проектам, контактам • Аналитический CRM — отчётность и анализ информации в различных разрезах (анализ результатов маркетинговых мероприятий, анализ эффективности продаж в разрезе продуктов, сегментов клиентов, регионов и др. ). • Коллаборативный CRM — уровень организации тесного взаимодействия с конечными потребителями, клиентами, вплоть до влияния клиента на внутренние процессы компании (опросы, для изменения качеств продукта или порядка обслуживания, вебстраницы для отслеживания клиентами состояния заказа, уведомление по SMS о событиях, связанных с заказом или лицевым счётом).

Лекция 3 Концепция построения системы управления жизненным циклом изделия на примере системы T-Flex PLM +

Традиционный подход к автоматизации • Управление проектами (PM) • Управление взаимоотношениями • с клиентами (CRM) • Офисный (канцелярский) документооборот (Workflow) • Собственные • информационные системы • Пользователи и доступ • Файлы • Почта • Архив документов • Отчёты • Поиск • Бизнес-процессы • Администрирование • Пользователи и доступ • Файлы • Отчёты • Поиск • Бизнес-процессы • Администрирование • Учётная (складская) система • Пользователи и доступ • Файлы • Почта • Архив документов • Отчёты • Администрирование • Технический • документооборот (PDM) • Пользователи и доступ • Файлы • Почта • Архив документов • Отчёты • Поиск • Бизнес-процессы • Администрирование • Конструкторскотехнологическая подготовка • производства (CAD+CAPP) • Файлы • Архив документов • Отчёты • Пользователи и доступ • Файлы • Почта • Архив документов • Отчёты • Поиск • Бизнес-процессы • Администрирование • Оперативнокалендарное планирование (MES) • Управление ТО и ремонтом оборудования

Традиционный подход к автоматизации • Управление проектами (PM) • Пользователи и • Управление взаимоотношениями • с клиентами (CRM) доступ • Файлы • Почта • Технический • документооборот (PDM) • Архив документов • Отчёты • Администрирование • Пользователи и доступ • Файлы • Почта • Архив документов • Отчёты • Пользователи и доступ • Поиск • Офисный (канцелярский) документооборот (Workflow) • Файлы • Почта • Бизнес-процессы • Администрирование • Архив документов • Отчёты • Поиск • Бизнес-процессы • Администрирование • Пользователи и доступ • Конструкторскотехнологическая подготовка • производства (CAD+CAPP) • Файлы • Почта • Архив документов • Собственные • информационные системы • Отчёты • Поиск • Файлы • Бизнес-процессы • Администрирование • Архив документов • Пользователи и доступ • Файлы • Отчёты • Поиск • Бизнес-процессы • Администрирование • Учётная (складская) система • Отчёты • Пользователи и доступ • Файлы • Почта • Оперативнокалендарное планирование (MES) • Архив документов • Отчёты • Поиск • Бизнес-процессы • Администрирование • Управление ТО и ремонтом оборудования

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM

Структурированное хранилище – архив предприятия

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM

Примеры пользователей • Консольно-поворотный механизм • ОАО "Сибэлектротерм", г. Новосибирск • Газо-дизельная автономная электростанция • ЗАО НПП «Интерэнерго» • Интерферометр • ФГУП ЦКБ «Точприбор» , г. Новосибирск • Конвейер • ОАО «НПО «СИБСЕЛЬМАШ» • Блок привода • ОАО «Анжеромаш» • Редуктор конический • ООО «Армтехстрой»

• Интеграция с CAD системами T-FLEX CAD • Auto. CAD Autodesk Inventor • Solid Works Pro/E NX (Unigraphics) …

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM

Состав изделия в системе T-FLEX DOCs

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM

Ведение номенклатуры изделий

Ведение корпоративных справочников

Ведение корпоративных библиотек

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM

Технологическая подготовка производства

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM

Подготовка программ для станков с ЧПУ

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM

Эксплуатация и послепродажное обслуживание

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM +

Офисный и канцелярский документооборот

Организационно-распорядительный документооборот и оперативное управление

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM +

Управление взаимоотношениями с клиентами (CRM)

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM +

Оперативное управление проектами • Процесс управления проектами представляется руководителю в простом и наглядном виде диаграммы Ганта

Оперативное управление проектами • Отслеживание процесса реализации проекта на диаграмме Ганта

• Управление подготовкой производства

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM +

Оперативно-календарное планирование

Оперативно-календарное планирование

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM +

Техническое Обслуживание и Ремонт Назначение Управление процессами обслуживания оборудования и других сложных промышленных объектов на всем периоде эксплуатации Решаемые задачи Разработка нормативной документации по ТОи. Р Формирование планов ТОи. Р Управление процессом ТОи. Р Формирование планово-отчётной документации по ТОи. Р

Выходные документы ТОи. Р

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM +

Складской учёт и управление закупками

Документы склада

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM +

• Создание собственных информационных систем, справочников, интерфейсов.

Организация работы отдела маркетинга

T-FLEX PLM+ 2014 • PLM+