CC BY
27
lem of setting up an aerodynamic device: determining the optimal values of the pressure supplied to the aerodynamic device, the distance between the web and the diffuser for the production of a web of a given density. A brief analysis of nonlinear optimization methods is given, on the basis of which the conditional gradient method is chosen as the most suitable for the type of objective function and constraints. The calculation of the pressure supplied to the aerodynamic device and the distance between the base web and the diffuser for the production of a web of surface density was made, which will ensure the formation of a web structure of a given density and, accordingly, high product quality.
Key words: nonwoven fabric formation, given probability structure, aerodynamic device, non-linear programming methods, conditional gradient method
Zemskov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, VMZemskov@mephi.ru, Russia, Balakovo, Balakovo Engineering and Technology Institute (branch) of National Research Nuclear University MEPhI,
Vishtak Olga Vasilevna, doctor of pedagogical sciences, professor, OV-Vishtak@,mephi. ru, Russia, Balakovo, Balakovo Engineering and Technology Institute (branch) of National Research Nuclear University MEPhI,
Shtyrova Irina Anatolievna, candidate of technical sciences, docent, IAShtyrova@mephi.ru, Russia, Balakovo, Balakovo Engineering and Technology Institute (branch) of National Research Nuclear University MEPhI,
Vishtak Natalya Mikhailovna, candidate of technical sciences, docent, NMVishtak@mephi.ru, Russia, Balakovo, Balakovo Engineering and Technology Institute (branch) of National Research Nuclear University MEPhI
УДК 004.04
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-544-551
АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВОМ В МАШИНОСТРОЕНИИ
О.И. Борискин, С.Н. Ларин, Г.А. Нуждин, М.Г. Нуждин
Обсуждены вопросы электронной технологической документации и информации об изделии в машиностроении в соответствии с требованиями новых ГОСТ Р 58675, ГОСТР 54089 и ГОСТР 59192. Показана возможность их интеграции с системами менеджмента и комплексными информационными системами внутри организации в машиностроении. Указаны определенные преимущества формализованного описания технологии проектирования и компьютерного моделирования технологических процессов и операций в машиностроении.
Ключевые слова: автоматизированная система управления данными об изделии, электронная технологическая документация, электронный макет изделия, анализ логистической поддержки, базы данных.
Требования к обеспечению качества продукции машиностроения в большинстве случаев прямо включены в договорные условия. Обычно это целый ряд позиций в регламентированных требованиях к системе менеджмента качества (СМК) поставщика. По установленным требованиям к СМК организация-поставщик должна планировать и
544
управлять деятельностью на стадиях жизненного цикла (ЖЦ) продукции [1]. Для реализации этих требований необходима комплексная интеграция, например, СМК, ERP, и цифровизации. ERP-система - это совокупность интегрированных приложений, формирующих условия для автоматизации бизнес-процессов предприятия по учету, контролю, планированию и анализу данных. В основе функционирования продукта заложен принцип формирования общего места хранения важной корпоративной информации с целью ее последующей передачи и обработки. Доступ к таким данным на разных уровнях возможности имеют все подразделения компании: финансовое, производственное, кадровое, плановое и другие.
Благодаря централизованному сбору информации на всех стадиях ЖЦ возможно существенно оптимизировать производственные ресурсы. Интеграция ERP-системы оправдана наличием полезных функций, имеющихся, например, в программном продукте от «Фирма 1С», предназначенном для построения комплексной информационной системы внутри организации в целях обеспечения многоуровневого контроля деятельности:
возможность формирования планов производства и продаж; оптимизация количества запасов на складе и расчет объемов закупки; определение параметров по количеству сырья с учетом сроков, необходимых для выполнения производственного плана;
сопровождение технологических процессов создания продукции; распределение мощностей производства для малых и крупных проектов; организация управленческого и финансового учета.
Согласно требованиям ГОСТ Р 58675-2019 автоматизированная система (АС) управления данными об изделии используется в течение всего ЖЦ изделия машиностроения, в том числе - его составных частей (СЧ) [2, 3]. Такая АС управляет и данными о разрабатываемом, изготавливаемом и/или эксплуатируемом изделии машиностроения; и нормативно-справочной информацией, используемой на любой стадии ЖЦ изделия. В случае производственной кооперации данные об одном изделии могут находиться под управлением нескольких АС, эксплуатируемых в разных организациях. Тогда в целях обеспечения взаимодействия между ними обеспечивают поддержание целостности и непротиворечивости данных, особенно - на этапе эксплуатации и при передаче электронного дела изделия (ЭДИ) между организациями [4, 5].
Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 ноября 2020 г. № 1127-ст утвержден и введен в действие ГОСТ Р 59192-2020. Его требования распространяются на изделия машиностроения и приборостроения. В нем регламентировано определение «электронная технологическая документация (ЭТД)» - Совокупность электронных текстовых и графических документов, компьютерных моделей, баз данных и программ для электронных вычислительных машин и оборудования с числовым программным управлением, определяющих технологию изготовления и/или ремонта изделия [6]. ЭТД включает, например:
• Формализованное описание технологии проектирования, изготовления и/или ремонта, например, четырехэтапная экспресс-методика проектирования передней поверхности со стандартным и не стандартным исполнением режущей кромки сменных многогранных пластин (СМП), в основе которой положен принцип коррекции существующей формы передней поверхности для условий конкретного производства. Первый этап связан с измерением передней поверхности и построением 3D модели конструкции СМП. В качестве исходной конструкции передней поверхности принимается существующая конструкция СМП. Второй этап включает расчет параметров поперечного сечения срезаемого слоя: действительной максимальной толщины и действительной ширины. Третий этап включает экспериментальное определение положения струж-козавивающего элемента, обеспечивающего благоприятную форму стружки. На четвертом этапе осуществляется коррекция формы передней поверхности с учетом результатов третьего этапа. Проводится перерасчет результатов измерения профиля передней
поверхности, полученных на первом этапе, с учетом системы отсчета и строиться 3D модель СМП [7]. И, например, типовой технологический маршрут изготовления детали «Корпус», имеющей плоский фланцевый участок с малым радиусом закругления [8]. Электронная модель технологического маршрута содержит полное описание технологии изготовления изделия, включая контроль и перемещения, а также информацию о применяемых материалах, заготовках, комплектующих, задействованных производственных единицах (в том числе их последовательности), и, как правило, включает в себя другие основные виды ЭТД [6]. Электронная модель технологического маршрута может включать в себя модели технологических процессов в виде структуры, отражающей последовательность или параллельность их применения в процессах изготовления, а также может содержать итоговые значения некоторыхпараметров (например, суммарная длительность изготовления) по всем технологическим процессам. Модель технологического маршрута по содержанию аналогична маршрутной карте по ГОСТ 3.1102.
Результаты компьютерного моделирования технологических процессов и операций, например, моделирования методом конечных элементов операции обжима с утонением толстостенных трубных заготовок для определения силовых режимов этой операции [9]. Электронная модель технологического процесса содержит операционное описание технологического процесса изготовления изделия в технологической последовательности, а также информацию о средствах технологического оснащения, материальных затратах, применяемом оборудовании, в том числе виды ЭТД, ориентированные на оборудование. Электронная модель технологического процесса может включать в себя модели технологических операций в виде структуры, отражающей последовательность применения всех операций, относящихся к одному виду формообразования, обработки, сборки и т. д., или к одной производственной единице, например, цеху и/или участку. Модель технологического процесса по содержанию аналогична карте технологического процесса по ГОСТ 3.1102.
Электронная модель технологической операции содержит описание последовательности выполнения переходов, информацию о применяемом оборудовании и предполагаемых трудовых затратах в зависимости от профессии, разряда, количества исполнителей, длительности выполнения. Электронная модель технологической операции может включать в себя модели технологических переходов в виде структуры, отражающей последовательность выполнения переходов на одном рабочем месте. Модель технологической операции по содержанию аналогична операционной карте по ГОСТ 3.1102.
Электронная модель технологического перехода содержит непосредственное описание технологических режимов, установов, ходов, приемов, наладки оборудования и т. д.
Сведения, необходимые для разработки и изготовления средств технологического оснащения, включая ЭТД.
Сведения о внедрении, соответствии, аттестации и метрологическом обеспечении технологических процессов.
Электронное технологическое дело изделия.
ЭТД может быть разработана и представлена в различных формах, например, в виде совокупности информационных наборов (ИН) и информационных объектов, размещенных в базе данных (БД) автоматизированной системы управления данными об изделии (АС УДИ) по ГОСТ Р 58675-2019 [2]. АС УДИ должна обеспечивать разработку и/или создание, получение, безопасное хранение, преобразование, сопровождение конструкторских, технологических, производственных, эксплуатационных и других данных об изделии, и их представление потребителям по установленным правилам. АС УДИ, как правило, представляет средства для разработки информационной модели из-
делия, позволяющей организовать структурированное хранение данных. Информация вносится в АС УДИ один раз и обновляется только при изменениях в исходном документе, размещенном в этой автоматизированной системе [10].
Многократно применяемые при разработке ЭТД данные рекомендуется представлять в виде соответствующих БД в АС УДИ в соответствии с ГОСТ Р 58675 [2]. В состав многократно применяемых технологических данных могут входить: типовые технологические процессы и/или операции:
справочники по применяемым видам оборудования, инструментов, оснастки, средствам индивидуальной защиты;
справочники оборудования для мониторинга и измерений; справочники применяемых материалов, полуфабрикатов и заготовок; справочники комплектующих изделий, в том числе стандартных; справочники по производственным единицам, начиная с предприятий, заводов, цехов, и вплоть до производственных участков и рабочих мест, а также - по видам и разрядам профессий;
постпроцессоры для оборудования с ЧПУ.
Совокупность всех ЭТД на изделие, выполненных в АС УДИ в виде структурированной и взаимосвязанной информации, определяющей технологию изготовления изделия и его СЧ. может рассматриваться как технологический электронный макет изделия (ЭМИ) по ГОСТ Р 58301 [11]. ЭМИ создают на стадии проектирования и разработки изделия (п.8.3 ГОСТ Р ИСО 9001 [1]) для использования на всех последующих стадиях ЖЦ изделия. ЭМИ допускается использовать для планирования, информационного обеспечения и выполнения процессов разработки изделия, производства, испытаний, контроля, приемки, эксплуатации и утилизации.
Сведения о комплектации и характеристиках конкретного экземпляра изделия, созданного на основе ЭМИ, представляют в электронном деле изделия по ГОСТ Р 54089 [4]. ЭМИ в сочетании с электронным делом изделия (ЭДИ) обеспечивает решение основных задач информационной поддержки ЖЦ изделия. Например, для производства высокотехнологичной продукции комплексная информационная система может включать:
систему управления данными об изделии (PDM); систему конструкторского проектирования (CAD);
систему конструкторского проектирования электронных устройств (ECAD); систему технологической подготовки производства (CAM); систему планирования производственных процессов (CAPP); систему управления производственными процессами (MES) и др. [12]. ЭДИ по ГОСТ Р 54089 - это систематизированная совокупность данных, формируемая в автоматизированной системе управления данными об изделии (АС УДИ) на стадиях разработки и производства, сопровождаемая на последующих стадиях жизненного цикла экземпляра изделия и включающая сведения об особенностях конструкции изделия, его изготовлении, применении по назначению и технической эксплуатации (техническом обслуживании, ремонте, модификации), а также о техническом состоянии экземпляра изделия и его составных частей.
ЭДИ является важным элементом технологии интегрированной логистической поддержки, используемым при управлении процессами ЖЦ изделия его разработчиком, изготовителем, эксплуатантом и, если это предусмотрено законодательством, государственными уполномоченными органами, путем накопления и предоставления заинтересованным участникам ЖЦ сведений об особенностях конструкции экземпляра изделия, его изготовлении, применении по назначению и технической эксплуатации, а также о его техническом состоянии. ЭДИ создают в рамках анализа логистической поддержки (АЛП) по ГОСТ Р 53392 и сопровождают с использованием АС управления данными об изделии разработчика, изготовителя и лиц, участвующих в использовании и технической эксплуатации изделия [13].
АЛП - это один из процессов интегрированной логистической поддержки (ИЛП). В общем виде он в числе прочего включает анализ как возможных видов отказов изделия и/или его составных частей, так и анализ возможных последствий отказов. Планирование АЛП целесообразно начинать с выработки его стратегии. В стратегию включают описание или указание на цели АЛП, известные или предполагаемые риски, укрупненный порядок и/или схему выполнения АЛП с распределением по исполнителям, описание или указание на задачи АЛП. В стратегии АЛП также полезно указать планируемые методы и обеспечение. Выработанная и оформленная стратегия должна быть согласована участниками работ в целях дальнейшего беспроблемного использования при рабочем планировании.
Часто используемые исходные данные для выработки стратегии АЛП: данные об условиях эксплуатации, и отличительных особенностях изделий-аналогов;
пределы финансирования и времени выполнения АЛП; сведения о возможных исполнителях работ в рамках АЛП;
информация о планируемых сроках и стоимости выполнения выбранных задач
АЛП;
специфическая информация участников АЛП.
Целесообразно в полной мере использовать процессный подход к менеджменту качества в отношении стратегического планирования [14]. Планирование АЛП проводят на основании согласованной стратегии. Выбор составных частей и формирование состава элементов изделия, требуют учета особенностей проекта. Оформленный плана АЛП обычно включает в себя:
перечень и характеристики организаций, а при необходимости - и персональный состав исполнителей, осуществляющих решение задач АЛП;
описание последовательности и порядка выполнения выбранных задач АЛП в зависимости от их характера и сложности (п.8.3.2 ГОСТ Р ИСО 9001 [1]);
порядок контроля процессов АЛП по срокам и содержанию результатов (п.8.3.4 ГОСТ Р ИСО 9001 [1]);
графики выполнения задач АПП с указанием моментов времени начала и завершения, а также описание взаимосвязи графиков АЛП с графиками других работ по проекту (п.7.4 ГОСТ Р ИСО 9001 [1]);
описание информационных взаимосвязей данных и задач АЛП с данными и задачами других процессов проекта;
перечень составных частей изделия, в отношении которых предусмотрено проведение АЛП, описание системы их кодирования при проведении АЛП, например, выбор структуры и назначение логистического контрольного номера (п.8.5.2 ГОСТ Р ИСО 9001 [1]);
описание способов распределения требований к эксплуатационно-техническим характеристикам изделия и системе его технической эксплуатации между исполнителями составных частей АЛП, и контроля за выполнением этих требований; перечень исходных данных для АЛП и их источники;
требования к закупаемым готовым изделиям и средствам технического обслуживания и ремонта (ТОиР);
описание процедур документирования результатов АЛП, в том числе - и выявленных в процессе АЛП недостатков конструкции, рекомендаций и мер по ее улучшению (п.8.3.5 ГОСТ Р ИСО 9001 [1]);
краткое описание программных средств, использование которых предусмотрено для проведения АЛП;
описание базы данных (БД) АЛП и системы управления БД АЛП. Проведение ТОиР требует соответствующего материально-технического обеспечения (МТО). Прогнозирование потребностей в МТО (запасные части, материалы и условия их поставки) осуществляют совместно специалисты по технической эксплуатации изделия и его конструкторы, которые формируют концепцию МТО.
Концепция МТО включает в себя:
номенклатурный перечень предметов снабжения (ПС), в том числе для каждого уровня ТОиР;
перечень источников приобретения и/или поставщиков ПС, причем организация должна оценивать поставщиков (п.8.4.1 ГОСТ Р ИСО 9001 [1]);
требования к складским и транспортным мощностям с учетом планируемых мест хранения и использования ПС, причем организация должна определить, создать и поддерживать инфраструктуру, включая транспортные ресурсы, здания и т.п. (п.7.1.3 ГОСТ Р ИСО 9001 [1]);
рекомендуемые технологии идентификации ПС, например, штриховая, радиочастотная и др., так как организация должна управлять специальной идентификацией (п.8.5.2 ГОСТ Р ИСО 9001 [1]);
методы обеспечения в процессе технической эксплуатации доступности ПС, с учетом возможного прекращения их производства или ограничений на их приобретение по иным причинам, например, согласно ГОСТ Р 56129 [15]).
В концепцию МТО также могут быть включены другие данные, определяемые разработчиком изделия.
При планировании начального МТО определяют также номенклатуру и количество запасных частей и расходных материалов для технической эксплуатации изделия в начальный период эксплуатации. Планирование текущего МТО включает в себя разработку методов и процедур для:
оценки фактического уровня текущих запасов по номенклатуре ПС; работы с заявками на ПС; контроля ПС на складах.
Для сформированного перечня ПС выполняют расчет необходимого количества ПС на определенный период эксплуатации. При этом учитывают потребности как для плановых, так и для неплановых работ по ТОиР. Кроме того, на основе проектов технологических карт выполнения работ по ТОиР формируют предварительный перечень расходных материалов.
Подсистема ERP снабжает ответственных лиц актуальной информацией для принятий своевременных решений о пополнении запасов товарно-материальных ценностей. Вовремя предоставленные сведения помогают сократить издержки на закупках и организовать продуманный процесс взаимодействия с поставщиками.
Условия хранения определяют, как правило, заранее, при разработке стратегии и плана АЛП. Для каждого ПС в БД АЛП указывают параметры поставки и хранения, которые могут включать в себя стоимость:
единицы поставки и объема партии поставки; доставки единицы или партии на склад заказчика;
хранения единицы запаса в единицу времени, например за год, квартал и т. д. Заключение. Анализ современного состояния работ по стандартизации в области электронной технологической документации и информации об изделии машиностроения позволяет говорить о серьезных перспективах их интеграции с системами менеджмента и комплексными информационными системами внутри организации в машиностроении. Показано, что унифицированные подходы в новых стандартах, регламентирующие электронную технологическую документацию, электронное технологическое дело изделия и т.д., хорошо согласованы с большинством требований на системы менеджмента, и дают возможность результативной интеграции с многими существующими автоматизированными системами.
Список литературы
1 ГОСТ Р ИСО 9001-2015. Системы менеджмента качества. Требования. М.: Стандартинформ, 2015, 24 с.
2 ГОСТ Р 58675-2019. Автоматизированная система управления данными об изделии. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2019. 16 стр.
3 Зорина К.В., Сокольчик П.Ю. Описание АСУ ТП как изделия для разработки систем управления жизненным циклом АСУ ТП.// Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2017. №1. С. 53-60.
4 ГОСТ Р 54089-2018. Интегрированная логистическая поддержка. Электронное дело изделия. Основные положения и общие требования. М.: Стандартинформ, 2018. 15 стр.
5 Борискин О.И., Ларин С.Н., Нуждин Г.А., Нуждин М.Г. Управление и обработка информации об изделии машиностроения.// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. №9. С. 290-295.
6 ГОСТ Р 59192-2020. Электронная технологическая документация. Основные положения. М.: Стандартинформ, 2020. 20 стр.
7 Борискин О.И., Зябрев С.В., Нуждин Г.А., Хлудов С.Я. К вопросу о проектировании прогрессивных конструкций многофункциональных режущих пластин.// Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2012. №2-4. С. 1319.
8 Нечепуренко Ю.Г., Романов П.В., Нуждин Г.А., Матасов И.И. Перспективные технологические процессы изготовления тонкостенных цилиндрических изделий.// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. №6. С. 24-33.
9 Митин О.Н., Нуждин Г.А., Нгуен К.Х. Моделирование операции обжима с утонением толстостенных трубных заготовок.// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. №5. С. 57-65
10 Березанский Д.П. О нормировании требования к PDM-системам.// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. №7. С. 89104.
11 ГОСТ Р 58301-2018. Управление данными об изделии. Электронный макет изделия. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2019. 12 стр.
12 Седаков Д.В., Милов В.Р., Егоров Ю.С. Информационная поддержка процессов управления полным жизненным циклом изделий.// В сборнике: КОГРАФ-2018. Сборник материалов 28-й Всероссийской научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам. 2018. С. 139-144.
13 ГОСТ Р 53392-2017. Интегрированная логистическая поддержка. Анализ логистической поддержки. Основные положения. М.: Стандартинформ, 2018. 20 стр.
14 Г.А. Нуждин, Самошкин Ю.А., Ляпина Г.И. Процессный подход к менеджменту качества: стратегическое планирование.// Справочник. Инженерный журнал. 2005. №6. С. 26-29.
15 ГОСТ Р 56129-2014. Интегрированная логистическая поддержка экспортируемой продукции военного назначения. Управление номенклатурой устаревающих покупных комплектующих изделий. М.: Стандартинформ, 2015. 11 стр.
Борискин Олег Игоревич, д-р техн. наук, проф., директор ПТИ, заведующий кафедрой,polyteh2010@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, доцент, заместитель директора ПТИ, заведующий кафедрой, larin1@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Нуждин Георгий Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, заместитель гени-рального директора, nuzhdin.65@mail.ru, Россия, Москва, ООО НПФ «Техполиком»,
Нуждин Михаил Георгиевич, студент, mishanuzhdini@ mail.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
MACHINE BUILDING PRODUCTION CONTROL AND AUTOMATIZA TION O.I. Boriskin, S.N. Larin, G. A. Nuzhdin, M.G. Nuzhdin
The issues of electronic process documentation and information about the product in machine building were discussed in accordance with the requirements of the new GOST R 58675, GOST R 54089 and GOST R 59192. The possibility of their integration with management systems and complex information systems within the organization in machine building is shown. Certain advantages of formalized description of technology of design and computer modeling of technological processes and operations in machine building are indicated.
Key words: automated product data management system, the product electronic layout, electronic process documentation, logistics support analysis, databases.
Boriskin Oleg Igorevich, doctor of technical sciences, professor, director of polytechnical institute, head of chair, polyteh20i0@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, docent, deputy director of polytechnical institute, head of chair, larin i@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Nuzhdin Georgy Anatolyevich, candidate of technical sciences, docent, deputy general director, nuzhdin.65@mail.ru, Russia, Moscow, Techpolicom Scientific and production company,
Nuzhdin Mikhail Georgievich, student, mishanuzhdini@,mail.ru, Russia, Moscow, National University of Science and Technology MISiS
