ФУНКЦИОНАЛ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ РЕЛЕ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Б01 10.36622/У8Ти.2023.19.4.008 УДК 681.5

ФУНКЦИОНАЛ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ И УПРАВЛЕНИЯ

ПРОИЗВОДСТВОМ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ РЕЛЕ

Д.Н. Трубицын, А.В. Коськин Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева, г. Орёл, Россия

Аннотация: рассматривается вариант автоматизированной системы управления производством (АСУП), объединяющий возможности систем электронного документооборота (СЭД), систем автоматизированного проектирования (САПР) и автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП). Определены основные функции и множества документов, используемых для автоматизированного управления производством на этапах разработки технического задания (ТЗ), эскизного проекта, конструкторского проекта, изготовления опытного образца и серийного производства. Исходя из задач, стоящих перед различными подразделениями производства, предложен режим доступа к различным видам производственных документов с учетом необходимости визирования документов различными производственными отделами. Проанализирована возможность автоматического формирования некоторых документов в том случае, если вся необходимая информация для их выпуска есть в прочих электронных документах, входящих в предложенную систему документооборота. Рассмотрен обмен документами между различными отделами в процессе выполнения работы. Представлены необходимые вспомогательные функции данной системы, такие как хранение резервных копий документов и конвертирование документов в широко распространенные форматы. Рассмотрены возможность объединения системы с системой АСУ ТП и необходимость функционала, обеспечивающего конвертирование документов в файлы, подходящие для системы АСУ ТП. В заключение сделан вывод о том, что данная система позволит сократить трудозатраты и уменьшить время, необходимое на разработку и изготовление продукции, за счет автоматизации выпуска отдельных документов, а также сокращения времени необходимого на обмен документами. Кроме того, интеграция с АСУ ТП позволит значительно повысить автоматизацию производства, практически исключив человека из непосредственного управления производством

Ключевые слова: АСУП, СЭД, САПР, АСУ ТП твердотельные реле, функции и документы АСУ

Введение

В настоящее время важную роль при реализации различных бизнес-процессов играют системы электронного документооборота (СЭД). Производство продукции любого вида предполагает наличие рабочей конструкторской, технологической, эксплуатационной и прочих видов документации, которая используется на всех этапах жизненного цикла изделия. Использование СЭД может обеспечить своевременную передачу новых версий документов всем участникам производства, хранение, контроль версий и многое другое [1].

Кроме того, объединение систем СЭД, систем автоматизированного проектирования (САПР) и автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП), может обеспечить формирование производственных файлов и инструкций, для управления АСУ ТП, что позволит значительно повысить автоматизацию производства, и скорость передачи вновь разработанных изделий в серийное производство.

В данной статье рассматривается возможность применения СЭД, САПР и АСУ ТП при-производстве твердотельных реле.

© Трубицын Д.Н., Коськин А.В., 2023

Функционал АСУП на этапе разработки технического задания

В статье [2] рассматривались вопросы недостатков существующих систем электронного документооборота и автоматизированного проектирования, используемых при разработке и организации производства твердотельных реле. В данной статье рассмотрим, какой функционал потребуется автоматизированной системе разработки и управления производством твердотельных реле для обеспечения максимального удобства и автоматизации процесса разработки и выпуска твердотельных реле.

Процесс создания нового типа реле, организации его массового производства, выпуска и реализации будет выглядеть следующим образом.

Разработка технического задания. Анализ требований и задач, стоящих перед вновь разрабатываемым устройством. На данном этапе производится анализ требований отдельных крупных заказчиков, и рынка в целом, затем экономическое обоснование разработки, для определения параметров нового реле.

Пример

Предприятию А требуется твердотельное реле с одной контактной группой, управляющим напряжением 5 В и током управления не

более 1 мА, для коммутации цепи током до 5А и напряжением не более 20 В.

Предприятию Б требуется твердотельное реле с двумя контактными группами, управляющим напряжением 6 В и током управления не более 10 мА, для коммутации цепи током до 1А и напряжением не более 30 В.

Анализ рынка показывает, что востребованы твердотельные реле с управляющим напряжением 5 В и 3,3 В и током управления не более 1 мА для сопряжения с широко распространенными контроллерами, для управления напряжением до 60 В, и токами до 100 А.

Исходя из этих запросов, получим требования к новому реле - управляющее напряжение - диапазон 3,3...6 В, управляющий ток не более 1 мА, коммутируемое напряжение до 60 В, коммутируемый ток до 100 А. Однако, твердотельное реле для переключения тока 100 А будет крайне дорогим, при этом большая часть потенциальных покупателей работает в диапазоне до 10 А. Таким образом получим реле с характеристиками - диапазон 3,3.6 В, управляющий ток не более 1 мА, коммутируемое напряжение до 60 В, коммутируемый ток до 10 А.

Исходя из этого на этапе разработки ТЗ потребуется работа с запросами крупных организаций, отделом анализа рынка, и экономическим отделом, выполняющим экономический анализ разработки. Финальным документом будет являться ТЗ, однако, оно по мере разработки изделия может впоследствии корректироваться.

Функционал АСУП на этапе эскизного проекта, разработки конструкторской документации и изготовления опытного образца

Следующим этапом будет разработка эскизного проекта изделия. На данном этапе разрабатывается структурная схема изделия, определяется перечень основных документов, разрабатываемых на следующем этапе проектирования, определяется перечень испытаний, которые должен проходить опытный образец изделия, и перечень испытаний, которые будет проходить изделие при серийном производстве.

Далее следует этап разработки конструкторской документации. На данном этапе разрабатываются конструкторские документы для изготовления изделия, программы и методики испытаний для опытных образцов и т.д. В разработке могут участвовать несколько отделов или несколько инженеров в отделе. Для хранения их документов потребуется электронный

архив, с общим доступом для участвующих инженеров. Соответственно, потребуется также архив технологических документов для изготовления опытной партии изделий. В процессе разработки документы должны проверяться технологом, метрологом и утверждаться главным инженером. Проверки и утверждения должны быть без возможности редактирования документа в целом, но с возможностью отметки о проверке в соответствующих графах.

Потребуется закупить комплектующие с целью изготовления опытной партии изделий. Для этого в программе должна быть предусмотрена возможность передачи запроса на закупку комплектующих от конструкторского отдела в отдел снабжения. Приобретенные материалы и комплектующие, должны пройти входной контроль при поступлении на предприятие, а затем, поступить на склад материалов. Соответственно, программе потребуется ведомость комплектующих, хранящихся на складе, и архив входного контроля ОТК, в котором будут храниться сведения о результатах входного контроля материалов и комплектующих, и, если потребуется, рекламации, отправленные поставщикам, при наличии брака в поставленной продукции.

Непосредственно для изготовления опытной партии монтажно-техническому участку (МСУ) потребуется доступ к архиву конструкторской и технологической документации (версиям документов для производства), также МСУ должен иметь возможность получать необходимые комплектующие и материалы по запросу со склада. У самого МСУ, в свою очередь, должен быть архив, в котором будут храниться маршрутные листы, с возможностью простановки отметок начальника МСУ, и представителя ОТК, о выполнении технологических операций. Кроме того, необходим журнал с перечнем выпущенных изделий, с данными о присвоенных заводских номерах. После финальной операции, опытные образцы должны поступить на склад изготовленных изделий, в отдельную секцию для опытных образцов. Соответственно в программе потребуется база данных изготовленных опытных образцов изделий.

Далее опытные образцы изделий должны пройти перечень испытаний, согласно инструкциям, разработанным инженерным отделом. Соответственно, испытательная лаборатория должна иметь доступ к этим инструкциям (версиям для проведения испытаний). Сама же испытательная лаборатория должна иметь архив протоколов испытаний, к которому сможет обращаться конструкторский отдел, и по результатам ис-

пытании проводить корректировки конструкторской документации. После успешного прохождения всех испытаний, конструкторской документации должна быть присвоена литера «О» или «О1» и документы должны поступить в архив для серийного производства. Кроме того, конструкторским должна быть выпущена сопроводительная документация. Для твердотельных реле это datasheet, в котором описываются основные параметры изделия, режимы работы, типовые схемы включения, предельные эксплуатационные ограничения, а также, в некоторых случаях - графики результатов испытаний устройства в различных условиях и режимах. Аналогично происходит и с технологическими документами.

Функционал АСУП на этапе серийного производства

Далее следует организация серийного производства. Исходными данными для его организации должен быть план производства изделий, с указанием наименований количества и сроков выпуска партий. При этом работники цеха, организующего выпуск продукции, должны иметь доступ к конструкторским и технологическим документам на серийное производство. В то же время программа (в идеале автоматически) при поступлении плана на выпуск партии изделий, должна рассчитывать количество необходимых материалов и комплектующих, и передавать его в отдел снабжения. Готовая продукция должна проходить испытания под контролем ОТК и затем передаваться на склад готовой продукции, соответственно потребуется ведение перечня изготовленных изделий.

Далее со склада изделия должны забираться отделом поставки, с соответствующими отметками в перечне хранящихся на складе изделий.

Дополнительно к перечисленным документам, могут потребоваться вспомогательные документы, для внутреннего пользования, которыми могут обмениваться различные отделы. Например, это может быть перечень замечаний, по результатам проверки документа, перечни

материалов и комплектующих, доступных на данный момент для приобретения и т.д. Данные документы могут выпускаться по мере надобности, любым из отделов и адресоваться, по желанию пользователя, выпустившего документ - в один или несколько отделов, или же конкретно перечисленным сотрудников. Возможность обмена такими документами, также следует предусмотреть.

Таким образом, автоматизированная система разработки и управления производством твердотельных реле, будет представлять собой архив документов, доступных с различным уровнем ограничения прав доступа.

Уровней доступа к документам потребуется четыре:

Полный доступ к документу, для отдела, разрабатывающего документ, с возможностью добавления, просмотра, редактирования и удаления документов.

Доступ к просмотру документа и простановке отметок, без возможности полного редактирования, например, для отметки, после прохождения метрологического контроля, или отметок о количестве годных и забракованных изделий по результатам проверки ОТК, без возможности редактировать основной текст документа.

Доступ только для просмотра документа. Например, монтажно-сборочный участок должен иметь доступ к РКД для производства, без возможности редактирования.

Документ, формируемый программой. Например - после разработки электрической принципиальной схемы, автоматическое формирование перечня элементов. Соответственно, в нормальном режиме, доступ к редактированию документа не нужен, однако он может потребоваться, при обнаружении программной ошибки, или для редактирования формы и основной надписи документа.

Перечень документов, циркулирующих в предлагаемой системе управления производством твердотельных реле, представлен в табл. 1.

Таблица 1

Перечень документов, циркулирующих в АСУП производства твердотельных реле

Этап Документ Отделы Автоматическое формирование документа

Полный доступ Частичный доступ Только просмотр

Разработка ТЗ Анализ рынка и запросов от пользователей продукции Экономического анализа, статистики - Конструкторский (разработчик ТЗ) Нет

Техническое задание Конструкторский (разработчик ТЗ) Главный инженер, технолог, метролог, лица согласующие документ Конструкторский, Технологический Нет

Продолжение табл. 1

Эскизный проект Перечень выпускаемых документов, структурные схемы Конструкторский Лица, согласующие документы - Нет

Конструкторский проект РКД (кроме авто формируемых) Конструкторский Главный инженер, технолог, метролог Технологический, производство, монтажно- сборочный участок Нет

РКД (авто формируемые перечни) (В случае необходимости Конструкторский) Главный инженер, технолог, метролог Технологический, производство, монтажно- сборочный участок Да

Программы и методики испытаний опытных образцов Конструкторский Главный инженер, технолог, метролог, лица согласующие документ Испытательная лаборатория Нет

Маршрутные карты и техпроцессы для опытных образцов Технологический Лица, согласующие документы Конструкторский, Производство, Монтажно- сборочный участок Нет

Изготовление и испытания опытных образцов Ведомости покупных изделий и материалов (В случае необходимости Конструкторский) Лица, согласующие документы Отдел снабжения Да

План изготовления опытных образцов Конструкторский Главный инженер, лица согласующие документ Отдел снабжения Нет

Перечень закупаемых изделий и материалов для изготовления (В случае необходимости Отдел снабжения) - Отдел снабжения Да

Перечень материалов и комплектующих на складе Склад ОТК (отметки о прохождении входного контроля) Отдел снабжения, Склад, Производство, Монтажно- сборочный участок Нет

Протоколы входного контроля материалов и комплектующих ОТК - - Нет

Изготовление и испытания опытных образцов Маршрутные листы Технологический Производство, Монтажно- сборочный участок, ОТК - Нет

Журнал присвоенных заводских/серийных номеров (В случае необходимости ОТК) - Производство, Монтажно- сборочный участок, ОТК Да

Перечень изготовленных образцов Склад Испытательная лаборатория, ОТК Конструкторский, Технологический, Производство, Монтажно- сборочный участок Нет

Протоколы испытаний и заключения Испытательная лаборатория ОТК, лица согласующие документы Конструкторский, Технологический, Производство, Сборочный участок Нет

Приведенный перечень может дополняться и корректироваться по мере разработки системы.

Окончание табл. 1

План изготовления продукции Плановый отдел Лица согласующие документ Все Нет

Перечень закупаемых изделий и материалов для изготовления (В случае необходимости Отдел снабжения) - Отдел снабжения Да

Серийное производство Перечень материалов и комплектующих на складе Склад ОТК (отметки о прохождении входного контроля) Отдел снабжения, Склад, Производство, Монтажно- сборочный участок Нет

Протоколы входного контроля материалов и комплектующих ОТК - - Нет

Маршрутные листы Технологический Производство, Монтажно- сборочный участок, ОТК - Нет

Журнал присвоенных серийных номеров (В случае необходимости ОТК) - Производство, Монтажно- сборочный участок, ОТК Да

Прочие документы используемые в процессе работы Перечень изготовленных изделий Склад Испытательная лаборатория, ОТК Производство, Монтажно- сборочный участок, отдел сбыта Да

Протоколы испытаний и заключения Испытательная лаборатория ОТК, лица согласующие документы Технологический, отдел сбыта Нет

Внутренние документы В соответствии с настройкой В соответствии с настройкой В соответствии с настройкой Нет

Вспомогательные функции АСУП

Помимо основных, АСУП должна иметь набор вспомогательных функций, обеспечивающих удобство работы с системой:

1) поиск документа по различным запросам. В системе должна быть предусмотрена возможность поиска необходимого документа по названию, дате последней корректировки, проекту и автору документа [3].

2) вывод на печать требуемых документов.

3) хранение резервных копий документов.

4) контроль версий документов и, при необходимости - хранение прошлых версий.

5) возможность конвертирования документов в другие форматы.

Интеграция САПР, СЭД и АСУ ТП

Одной из важнейших функций, способных значительно увеличить скорость производства, является создание на предприятии автоматизированной системы управления технологическим процессом [4], и обеспечение ее взаимосвязи с системами автоматизированного проектирования и системой электронного документооборота.

На практике, это может выглядеть следующим образом. Производство организуется в виде конвейерной линии, производственное оборудование которой, обеспечивает (по возможности) автоматическое изготовление твердотельных реле. Вероятнее всего, полностью исключить участие человека, в технологических процессах изготовления не получится, но целесообразно уменьшить количество ручных монтажных операций [5].

Управление конвейером, технологическим оборудованием, анализ данных с различных измерителей параметров технологических операций и расчет оптимальных параметров производства, производит главный компьютер АСУ ТП. Он же вносит необходимые корректировки в процесс производства реле, для корректировки отклонений параметров изготавливаемых деталей и готовой продукции.

В то же время входными данными, для работы главного компьютера АСУ ТП, являются чертежи и технологические карты, созданные в системе САПР, и заявки на производство, данные о наличии материалов и т.д. имеющиеся в системе СЭД.

Для обеспечения взаимосвязи АСУ ТП, САПР и СЭД, в разрабатываемой АСУП, потребуется ввести функцию конвертирования чертежей, схем и т.д. в выходные файлы для производства.

На сегодняшний день, подобный функционал реализован в программе Altium Designer. Программа способна по готовой трассировке платы, создать Gerber файлы, т.е. файлы для загрузки задания в систему автоматизированного производства печатных платы, а также файлы для загрузки в установочный автомат, для автоматической установки и монтажа электронных компонентов.

Подобный функционал, целесообразно использовать и при производстве твердотельных реле. Таким образом, в общей структуре АСУП, потребуется еще база данных, содержащая готовые производственные файлы и инструкции для работы системы АСУ ТП.

Заключение

1. Организация разработки и производства твердотельных реле требует взаимодействия множества специалистов с постоянным обменом информацией между различными отделами. Скорость выполнения работ по разработке, внедрению и производству продукции напрямую зависит от скорости обмена информацией, и автоматизации документооборота и разработки документов.

2. Хотя многие существующие системы ЭДО, АСУП и САПР имеют определенную степень автоматизации работы с документами, тем не менее многие работы по разработке документов можно автоматизировать, при условии обеспечения свободного обмена информацией, между документами, различных отделов производства. Для этого требуется возможность свободного конвертирования форматов различных видов документов, или создание универсальной среды, способной работать со всеми требуемыми форматами файлов.

3. Помимо обмена информацией, система должна обеспечивать доступ к работе с документами с различных рабочих станций производства, с ограничением прав доступа к документам.

4. Кроме всего перечисленного, система должна иметь возможность объединения с системой АСУ ТП производства твердотельных реле.

Предлагаемая АСУП представляет собой сложноорганизованную базу хранения и пере-

дачи документов, с частичном автоматизацией формирования документов. Разработка и внедрение такой системы позволит сократить время на обмен документами между различными отделами производства, и в тоже время упростить работу за счет автоматического формирования взаимосвязанных документов, на основе имеющихся данных. Также за счет возможности автоматического формирования производственных файлов и инструкций, можно сократить время производства и количество производственного персонала, необходимого для работы на технологическом оборудовании.

Идеальным вариантом такой системы, можно считать АСУП, представляющую собой объединение САПР, СЭД и АСУ ТП, позволяющую, по сути, исключить человека из непосредственного производственного процесса. При этом:

• работники отделов снабжения, обеспечивают ввод в систему базовых данных (количество и номенклатура выпускаемых изделий), и осуществляют визирование автоматических запросов на закупку и перемещение материалов и компонентов производства.

• работники конструкторских отделов разрабатывают документы, минимально необходимые, для понимания конструкции изделия, остальные документы формируются автоматически.

• технологические документы формируются автоматически, технологи вносят корректировки при необходимости;

• производство осуществляется в автоматическом режиме, под контролем АСУ ТП. Работники и инженеры производственных цехов, осуществляют контроль, наладку и ремонт оборудования, а также вмешиваются в производственный процесс, при возникновении нештатных или аварийных ситуаций.

Литература

1. Классификация САПР и их функциональное назначение. URL:

https://eduherald.ru/ru/artide/view?id=19836 (Дата обращения: 01.03.2023).

2. Трубицын Д.Н. Обзор существующих систем электронного документооборота при производстве твердотельных реле // Вестник Воронежского государственного технического университета. Т. 18. № 4. 2022. С. 25-29.

3. Разработка системы электронного документооборота. URL: https://orbrm.ru/articles/razrabotka_sistemy _dokumentooborota/ (Дата обращения: 01.03.2023).

4. Системы САПР. URL: https://www.tadviser.ru/index.php (Дата обращения: 02.07.2023).

5. Системы АСУ ТП URL: avtomatizkovannaja-sistema-upravlenija-tekhnologicheskim-

https://roi4cio.com/categories/category/asu-tp- processom/ (Дата обращения: 02.07.2023).

Поступила 25.03.2023; принята к публикации 02.08.2023 Информация об авторах

Трубицын Денис Николаевич - аспирант кафедры информационных систем и цифровых технологий, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева (302020, Россия, г. Орёл, Наугорское шоссе 29), e-mail: dragon-claw.hook@yandex.ru, тел. +7 (909)-229-4037, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6232-0363

Коськин Александр Васильев - д-р техн. наук, профессор кафедры информационных систем и цифровых технологий, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева (302020, Россия, г. Орёл, Наугорское шоссе 29), e-mail: koskin@ostu.ru, тел. +7 (4862)-41-98-15, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3673-9707

FUNCTIONALITY OF THE AUTOMATED SYSTEM FOR THE DEVELOPMENT AND PRODUCTION CONTROL OF SOLID-STATE RELAYS

D.N. Trubitsyn, A.V. Koskin

Orel State University named after I.S. Turgenev, Orel, Russia

Abstract: a variant of an automated production control system (APCS) is considered» It combines the capabilities of electronic document management systems (EDMS), computer-aided design systems (CAD) and automated process control systems (APCS). The main functions and sets of documents used for automated production management at the stages of development of technical specifications (TOR), draft design, engineering design, prototype manufacturing and serial production are defined. Based on the tasks facing various production departments, a mode of access is proposed to various types of production documents, taking into account the need for documents to be approved by various production departments (technological, met-rological, quality control department (QCD) and so on). The possibility of automatic generation of some documents is analyzed, if all the necessary information for their release is in other electronic documents included in the proposed workflow system. Considered the exchange of documents between different departments in the process of doing work. The necessary auxiliary functions of this system are considered, such as storing backup copies of documents and converting documents into widely used formats. The possibility of combining the system with the APCS system, and the need for functionality that ensures the conversion of documents into files suitable for the APCS system are considered. In conclusion, it was concluded that this system will reduce labor costs and reduce the time required for the development and manufacture of products, by automating the issuance of individual documents, as well as reducing the time required for the exchange of documents. In addition, integration with automated process control systems will significantly increase the automation of production, practically excluding a person from the direct management of production

Key words: APCS, EDMS, CAD, APCS solid-state relays, functions and documents of APCS

References

1. "Classification of CAD and their functional purpose", available at: https://eduherald.ru/ru/article/view ?id=19836 (accessed 01.03.2023)

2. Trubitsyn D.N. "Review of existing electronic document management systems in the production of solid state relays", The Bulletin of Voronezh State Technical University (Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta), vol.18, no. 4, 2022, pp. 25-29.

3. "Development of an electronic document management system", available at: https://orbrm.ru/articles/razrabotka_sistemydokumentooborota/ (accessed: 03.01.2023).

4. "CAD systems", available at: https://www.tadviser.ru/index.php (accessed: 07.02.2023).

5. "APCS systems", available at: https://roi4cio.com/categories/category/asu-tp-avtomatizirovannaja-sistema-upravlenija-tekhnologicheskim-processom/ (accessed: 07.02.2023).

Submitted 25.03.2023; revised 02.08.2023

Information about the authors

Denis N. Trubitsyn - Postgraduate student of the Department of Information Systems and Digital Technologies, Oryol State University named after I.S. Turgenev (29 Naugorskoe shosse, Orel 302020, Russia), e-mail: dragonclaw.hook@yandex.ru, tel. +7 (909)-229-4037, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6232-0363.

Aleksandr V. Koskin - Dr. Sc. (Technical), Professor of the Department of Information Systems and Digital Technologies, Oryol State University named after I.S. Turgenev (29 Naugorskoe shosse, Orel 302020, Russia), e-mail: koskin@ostu.ru, tel. +7 (4862)-41-98-15,ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3673-970