CC BY
69
УДК 004.4(043) 681.513.2
МОДУЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЁННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
В.В. Сафронов, В.Ф. Барабанов, А.М. Нужный, С.Л. Подвальный
В статье предлагается комплексная разработка, представленная в виде набора автоматизированных программно-аппаратных модулей, интегрируемых в единую расчетную среду для управления и обмена данными между программными приложениями внутри единого информационного пространства предприятия. Приведены разработанные структурные и функциональные схемы построения специализированного программного обеспечения типового машиностроительного предприятия
Ключевые слова: информационное пространство, инфраструктура, интеграция, бесшовная интеграция
Введение
Информационная система большинства машиностроительных и производственных предприятий является не оптимальной и не обеспечивает возможность проведения всех необходимых расчетов специалистами предприятия, требует привлечения сторонних организаций.
Большая часть имеющихся программных и аппаратных средств устарели и позволяют проводить расчет только типовых расчетных задач по существующим инженерным методикам или специальным методикам, разработанным специалистами предприятия.
Компьютеризация традиционных методик для решения инженерно-конструкторских задач на предприятиях большинства промышленных отраслей в настоящее время осуществляется не систематизировано. В основном это ведется с помощью прикладных программ собственной разработки, обеспечивающих решение лишь частных проблем проектирования.
Методы решения проблематики
информатизации предприятий.
В настоящее время полноценное проектное исследование характеристик объекта с требуемыми показателями точности и сроками выполнения работ можно осуществить только путем создания автоматизированных программно-аппаратных
комплексов, построенных на основе компьютерного анализа с использованием увязанных физико-математических моделей, описывающих
гидродинамические и тепловые процессы разрабатываемого изделия.
Среди недостатков существующих на предприятиях информационной системы можно выделить:
1) Узкая специализация конструкторских и расчетных работ, влияющая на некорректность и полноту постановки задачи, и не достаточно полный анализ полученных результатов. При этом
Сафронов Виталий Владимирович - ВГТУ, канд. техн. наук, e-mail: safronov.vitaliy@mail.ru Барабанов Владимир Федорович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, e-mail: bvf@list.ru
Нужный Александр Михайлович - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, e-mail: nam14@mail.ru
Подвальный Семен Леонидович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, e-mail: spodvalny@yandex.ru
отсутствует возможность проведения
конструктором самостоятельно выполнять предварительные расчеты разрабатываемого изделия, что приводит к увеличению трудоемкости и сроков проведения проектировочных работ в целом.
2) Большое количество бумажного документооборота, имеющего следующие недостатки:
- медленный поиск документов;
- трудности отслеживания движения документа на всех этапах его жизненного цикла;
- длительность сроков подготовки и согласования документов;
- возрастает вероятность возникновения ошибок при сборе, обработке и передаче информации;
- увеличение времени обработки информации.
3) При проведении расчетов используется, как правило, набор специализированных и слабо интегрированных между собой методик, реализованных в среде Microsoft Excel.
4) Также одним из недостатков, используемых методик, является значительная продолжительность расчётов, связанная с необходимостью выполнения трудоёмких процедур поэтапного итерационного вычисления и увязки параметров.
В лучшем случае на предприятиях существует "лоскутная" автоматизация. При этом процесс подготовки и выпуска технологических процессов для сборочного производства зачастую полностью не автоматизирован.
Отсутствие современного аппаратного обеспечения приводит к тому, что трудоемкость выпуска проектной технологической документации значительно завышена. При высокой технической грамотности технологов-проектировщиков
отсутствие современных вычислительных средств тормозит выпуск готовой продукции как за счет методов ее изготовления, так и за счет значительных не производственных затрат.
Применение устаревших методик расчета и их ручная реализация повышают трудоемкость первичного инженерного анализа, полностью отсутствует элементы цифрового прототипирования готовой продукции.
Производительность труда низкая в силу большой составляющей ручного труда, отсутствия
возможности сравнения с имеющимися аналогами и ранее принятыми решениями. Каждый технологический процесс разрабатывается практически заново.
Качество выпускаемой проектной
документации находится на среднем уровне, отсутствуют оптимальные технологические процессы. Это связано с тем, что при ручном написании ТП не используется многовариантный анализ, нет или затруднен доступ к актуальной нормативной базе, а так же имеющемуся на предприятии перечню оборудования, средств технологического оснащения и инструмента [1].
Результаты
Создание единого информационного пространства (ЕИП) для современных предприятий, занимающихся проектированием и производством сложных технических изделий, в настоящее время является насущной необходимостью. На фоне постоянного роста объемов и сложности проектно-конструкторской документации, повышение эффективности деятельности подобного рода предприятий возможно только при условии интеграции используемых автоматизированных систем.
Без формирования ЕИП невозможно обеспечить функциональную, технологическую, информационную и логическую совместимость и взаимоувязку автоматизированной системы (АС) с взаимодействующими с ней и между собой программными системам. Это означает, что единые принципы и общие правила формирования и сопровождения информационных ресурсов и информационно-телекоммуникационных систем, установленные в ЕИП, должны соблюдаться всеми субъектами информационных отношений, осуществляющими свою деятельность и обмен информацией между собой в рамках ЕИП компании.
Основными элементами ЕИП являются:
- информационные ресурсы;
- организационные структуры, обеспечивающие функционирование и развитие ЕИП;
- средства информационного взаимодействия субъектов информационных отношений в ЕИП, обеспечивающие регламентированный доступ к информационным ресурсам на основе соответствующих информационных технологий и нормативно правовых документов.
Под организационными структурами ЕИП понимаются отраслевые, заводские и цеховые элементы, необходимость организации
взаимодействия с которыми обусловлена целями и задачами управления предприятием, а также методами их информационного обеспечения, реализуемыми с использованием АС.
АС состоит из набора программно-аппаратных модулей (ПАМ): «Конструкция»; «Прочность»; «Гидравлика»; «Тепло»; «Архив»; «Механика»; «Литье»; «Сборка»; «3D Измерение»; «ЕИС», «Оптимизация» и др.
АС обеспечивает: масштабируемость по количеству пользователей, по количеству обрабатываемой информации; архивное хранение информации - в соответствии с законодательством РФ, действующей номенклатурой дел предприятия и отрасли [2].
Каждый ПАМ обеспечивает проведение всех необходимых видов расчетов и имеет возможность адаптации под изменяющиеся внешние факторы (такие, как изменения в организации бизнес-процессов, изменение в системе действующих государственных стандартов и т.п.).
Предложенный перечень подсистем позволяет охватить в полной мере деятельность всех проектирующих подразделений и подразделений технологической подготовки производства, выполнить интеграцию программно-аппаратных модулей в единое информационное пространство, наладить электронный документооборот и создать архив электронной документации.
Схема деления программной структуры АС представлена на рис. 1.
В настоящее время в качестве средства интеграции автоматизированных систем
проектирования и технологической подготовки производства, организации электронного документооборота, создания единого
информационного пространства на предприятиях, занимающихся проектированием и изготовлением сложных технических изделий широко используются PDM-системы - организационно -технические системы, обеспечивающие управление всей информацией об изделии [3].
Для интеграции программно-аппаратных модулей в составе АС, а также для решения задач управления инженерными данными, управления информацией об изделии, управления техническими данными, ведения электронного архива документации используется система «1C:PDM. Управление инженерными данными».
Базовая часть системы 1C:PDM реализована на платформе «1С:Предприятие 8», а компоненты работы с CAD-системами - внутри соответствующих CAD-систем (рис. 2).
Компоненты доступа к CAD обеспечивают двухстороннюю интеграцию решения с конструкторскими САПР.
Одним из двух базовых компонент 1C:PDM является система управления структурой изделия, включающая в себя редактор структуры изделия, средства заимствования, поиска, применяемости и т.д.
Вторым базовым компонентом является система управления технологией изготовления, обеспечивающая подготовку и ведение технологии на изделия на всех этапах подготовки производства, а также технологии ремонта и утилизации.
Модуль управления изменениями служит для внесения регламентированных изменений в структуру изделия и технологию.
ПАМ «Конструкция»
Autodesk Inventor
ПАМ «Тепло»
ANSYS
ПАМ «Прочность»
ANSYS
ПАМ «Гидравлика»
ANSYS
ПАМ «Единая информационная система»
Инструментарий: Windows Server 2012, MS SQL Server, Acronis Backup
Advanced, компоненты 1С.
ПАМ «Архив»
1&PDM; Справочник Крепежные изделия; Инженерный справочник; MS SQL.
Единое информационное пространство; Документооборот; Нормативно-справочная
информация; Электронная структура _изделия._
ПАМ «Механика»
Autodesk Inventor; Вертикаль; Гемма 3D.
ПАМ «Сборка»
Autodesk Inventor.
ПАМ «Литье»
LVMFlow^
ПАМ «3D измерение»
Autodesk Inventor, Geomagic Control
ПАМ «Оптимизация»
ANSYS.
Рис. 1. Схема деления программной структуры АС
Модуль управления справочными данными служит для организации электронных справочных систем, нормативная база которых будет соответствовать нормативной базе предприятия.
Управление электронным и бумажным архивом документации позволяет обеспечить
электронный документооборот между
подразделениями не только инженерных документов, но и документов предприятия.
Таким образом, набор функциональных модулей полностью удовлетворяет предъявляемым требованиям по интеграции модулей.
Внешние компоненты
PLM-КомпонентЧ для SolidWorks J
PLM-КомпонентЧ для SolidEdge J
LM-Компонент для Autodesk Inventor
На платформе 1С:Предприятие
Управление структурой изделия
Управление технологией изготовления
Управление изменениями
Управление архивом документов^)
3 С
Управление справочными данными
Нормирование
3
Модули взаимодействия с Управлением Производственным Предприятием^)
Рис. 2. Структура Модули, входящие в состав ПАМ «ЕИС», предназначены для обеспечения бесшовной интеграции входных и выходных данных различных модулей подготовки конструкторской и технологической документации. Для обмена данными с внешними системами предназначен модуль обмена данными об электронной технологии изготовления изделий (ЭТИ) и нормативно-справочной информацией.
системы 1СТОМ
Внутри системы 1С:РБМ бесшовная интеграция входных и выходных данных модулей подготовки конструкторской и технологической документации обеспечивается набором средств, позволяющих производить автоматизированное формирование описаний ЭТИ на основании данных из ЭСИ.
Структура межмодульного взаимодействия с учетом выбора в качестве интерфейса интеграции системы 1С:РБМ, представлена на рис. 3.
Все средства информационного
взаимодействия можно разделить на две части [4]:
- средства организации внутренних информационных потоков;
- средства взаимодействия с внешними информационными системами.
АС обеспечивает централизованное хранение, обработку и управление данными, полученными из разнообразных систем проектирования, в центральной базе данных, реализованной средствами 1С:РБЫ. Для решения этой задачи выделяются следующие функциональные подсистемы:
Конструкторские подразделения
Подготовка ТЗ, технических требований
ПАМ «Конструкция»
Отдел главного технолога
ПАМ «Механика»
ПАМ «Литье»
ПАМ «Сборка»
ПАМ «3Р измерение»
¡5 с
^ а
га о
т ю ^ ^
5 3
>
4 11
оси
ю
- подсистема формирования проектных данных, в составе ПАМов;
- подсистема автоматизированного контроля и корректировки проектных данных;
- подсистема трансляции графических проектных данных;
- внешняя информационная среда поддержки проектирования;
- подсистема поддержки жизненного цикла изделий;
- подсистема управления предприятием;
- подсистема технического обслуживания и поддержки.
1С: РРМ Управление инженерными данными
Управление структурой изделия
ПАМ «ЕИС»
_С_
Управление технологией
Электронный архив документов
Электронная структура изделия (ЭСИ)
Нормативно-справочная информация (НСИ)
Электронная технология изд. (ЭТИ)
Управление электронным и бумажным архивом
Расчетно-экспериментальный отдел
ПАМ «Прочность»_|
ПАМ «Гидравлика»
ПАМ «Тепло»
]
ПАМ «Оптимизация»^
Отдел стандартизации и технической документации
ПАМ «Архив»
Цеха основного производства
Рис. 3. Организация межм
Вариант структурной схемы системы представлен на рис. 4.
Основным назначением ПАМ «ЕИС» в составе АС является создание единого информационного пространства с учетом ведения электронной структуры изделия, организации электронного документооборота всех типов проектных документов, подготовленных в подсистемах АС и решения ряда задач по организации функций верхнего уровня управления разрабатываемой системой проектирования. Дополнительной функцией ПАМ «ЕИС» в составе АС является предоставление программно- информационных средств для выполнения конструкторско-технологической подготовки производства.
Общие требования, предъявляемые к ПАМам при их создании:
- обеспечение проведения необходимых видов расчетов и работ;
- возможность интеграции со смежными ПАМами;
- возможность обмена данными;
юго взаимодействия ПАМ
- возможность для расширения своей функциональности и модернизации в части взаимодействия с другими структурами предприятием и предприятиями отрасли;
- взаимосвязь между смежными ПАМами обеспечивается высокоскоростной проводной передачей данных при помощи коммутирующего оборудования;
- поддержка двухуровневой концепции, предполагающей совместное функционирование рабочей станции и сервера, связанных по локальной сети.
Санкционированный доступ к
информационным ресурсам АС обеспечивается организационными мерами, программными и техническими средствами, а также за счет осуществления комплекса согласованных мер по многоуровневому администрированию баз данных в рамках ЕИП.
В части обеспечения управления верхним уровнем ПАМ «ЕИС» реализует функции:
1) Организация единого информационного пространства:
- Создание доменной инфраструктуры.
- Информационный обмен между компонентами системы осуществляется через единое информационное пространство посредством использования стандартизированных протоколов и форматов обмена.
решений
- Внедрение копирования.
2) Организация документооборота:
- организация
резервного
электронного
работы с
коллективной электронными документами;
- организация разграничения прав доступа к электронным документам;
- автоматическое формирование извещений об изменениях проектной документации;
- организация создания и ведения электронной структуры изделия (ЭСИ) на базе 3D-модели (Autodesk Inventor);
- организация возможности формирования стандартных наборов отчетности ЕСКД на основе ЭСИ.
3) Обеспечение бесшовной интеграции входных и выходных данных модулей подготовки конструкторской и технологической документации:
- организация обработки файлов произвольных форматов ассоциированными приложениями;
- организация единого информационного пространства для всех пользователей АС ПТК;
- реализация средств оперативного просмотра документов различных форматов;
- ведение технологической нормативно-справочной информации в составе следующих справочников:
- справочник подразделений;
- справочник рабочих центров;
- справочник групп заменяемости рабочих центров;
- справочник технологических операций;
- справочник точек маршрутов;
- справочник методов обработки.
- формирование технологических описаний подготовки производства и комплектов технологической документации.
Проектирование
Системы проектирования
ПАМ «Конструкция»
ПАМ «Прочность»
ПАМ «Гидравлика»
ПАМ «Тепло»
ПАМ «Механика»
ПАМ «Литье»
ПАМ «Сборка»
ПАМ «3D измерение»
ПАМ «Оптимизация»
Поддержка жизненного цикла изделия
Системы "РПМ , Системы АС ПТК |
РРМ Управление требованиями. Управление проектами. Управление процессами проектирования (ЕРМ). ПАМ «Архив» Управление составом изделий. Электронный архив документов. Контроль номенклатуры. Учет документации.
Анализ и корректировка
Модуль верификации
Модуль автоматизированного поиска и корректировки ошибок
! Active Directory ПАМ«ЕИС»
Domain Name System Технологические компоненты
Dynamic Host Configuration Protocol Накопление профессиональных знаний
Резервирование MS SQL,1 С, AD
Бэкап контроллера домена
Пассивное резервирование
Активное резервирование
Трансляция
ANSYS Geometry interface
Внутренние трансляторы CAD
Внешняя информационная система поддержки формирования моделей
ГОСТы
Отраслевые стандарты
Требования и технические условия
Управление предприятием
Системы АСУП
ПАМ «Архив»
Планирование ресурсов предприятия (ERP). MRP (планирование потребности в материалах). IETM (интерактивные электронные технические руководства). Отчеты и аналитика.
Техническое обслуживание и поддержка L
Рис. 4. Стру
Наличие самых продвинутых и широких возможностей программного обеспечения ANSYS, позволяет проектировать изделия в максимально приближенной к реальности постановке. К таким задачам относятся - многодисциплинарный анализ, задачи в 3D постановке и детальной геометрии, оптимизация и т.п.
Программный комплекс ANSYS позволяет использовать многопроцессорные
высокопроизводительные вычислительные системы - кластеры, для численного решения особо сложных задач путем параллельных вычислений. Проведение
ш схема АС
более детализированных и точных расчетов, моделирование изделия в целом и взаимодействие между его компонентами, дает возможность более достоверно определить поведение создаваемого изделия под воздействием реальных физических сил. Подобная производительность достигается в результате применения многоядерных кластерных систем.
Поскольку тактовая частота и скорость работы процессора не может больше увеличиваться из-за температурных ограничений, то повышение скорости работы компьютеров достигается за счет
увеличения количества вычислительных ядер. Для оптимального использования современной аппаратной базы программные продукты ANSYS эффективно используют многоядерные системы. В программном продукте ANSYS основной акцент сделан на поддержку параллельных вычислений.
Таким образом, неотъемлемо требуются дополнительные вычислительные ресурсы для
уменьшения расчетного времени, которое при использовании стандартного аппаратного обеспечения может достигать нескольких месяцев.
С целью оптимизации работ с применением ЛшуБ и обеспечения высокопроизводительных вычислений, проводимых на предприятии, целесообразно использовать выделенный вычислительный узел (см. рис. 5).
Рис. 5. Схема структурная
Заключение
Достижение поставленных в процессе проектирования и создания АС целей и задач позволяет машиностроительному предприятию:
- повысить эффективность функционирования за счет внедрения современных и усовершенствования существующих (на предприятии) методов управления, повышения результативности использования информационных и телекоммуникационных технологий, разработки и внедрения единой автоматизированной информационной системы;
- создать единое, комплексное и системное информационное описание, а также базу данных;
- обеспечить стандартизацию информации о ресурсах предприятия с целью выявления общего понятийного аппарата и состава параметров, необходимых для обеспечения высокотехнологичного производства высокотехнологичных изделий;
- обеспечить "горизонтальные" и "вертикальные" информационные связи, а также эффективное заводское информационное взаимодействие при решении задач управления с обеспечением "прозрачного доступа" к любым данным;
- обеспечить быстрый доступ и обработку в нужном аспекте любой информации АС;
- установить и закрепить ответственность за несоблюдение требований по обеспечению
екса технических средств
корректного ввода, хранения и обновления массивов данных АС;
- создать необходимые организационные, технические и технологические условия для повышения оперативности, качества и обоснованности принимаемых управленческих решений;
- обеспечить необходимый уровень информационной безопасности за счет применения эффективных средств и методов защиты информации АС;
- снизить количество бумажного документооборота за счет передачи большей части информации в электронном виде;
- повысить качество и технико-экономический уровень результатов производства;
- снизить себестоимость производства;
- повысить уровень технологичности конструкции;
- сократить сроки и затраты на адаптацию молодых специалистов к конкретным условиям предприятия;
- улучшить контроль за исполнительской деятельностью;
- организация единого информационно-справочного пространства для технологов и конструкторов, а также служб управления производством.
Основной экономический эффект состоит в повышении производительности труда при
сокращении ошибок и соответственно в улучшении качества разрабатываемого насосного оборудования за счет автоматизации процесса проектирования и введения электронного документооборота.
Работа выполнена по договору № 1450/300-13 от 24 февраля между ОАО «Турбонасос» и ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» в рамках проекта «Создание высокотехнологичного производства
магистральных нефтяных насосов нового поколения с использованием методов многокритериальной оптимизации и уникальной экспериментальной базы» (Постановление Правительства Российской Федерации №218 от 9.04.2010)
Литература
1. Создание электронного архива средствами РБМ-систем [Текст] / А.М. Нужный, В.В. Сафронов, А.В. Барабанов, А.В Гаганов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2013. - Т. 9. - № 6.1. - С. 23-27.
2. Анализ факторов выбора системы управления данными [Текст] / А.М. Нужный, Н.И. Гребенникова, А.В. Барабанов, А.В. Поваляев Вестник Воронежского государственного технического университета. 2013. Т. 9. -№ 6.2. С. 25-31.
3. Концептуальный подход к бесшовной интеграции управленческих систем [Текст] / В. В. Сафронов, В. Ф. Барабанов, С. Л. Кенин, В. М. Питолин // Системы управления и информационные технологии. - 2013. - Вып. 3(53). - С. 95-99.
4. Разработка универсального модуля обмена технологическими данными для 1С:PDM [Текст] /В.Ф. Барабанов, А.М. Нужный, Н.И. Гребенникова, С.А. Коваленко //Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2015. - Т. 11. - № 6.2. С.54-56.
Воронежский государственный технический университет
MODULAR BUILDING SYSTEMS ENGINEERING DISTRIBUTED INFORMATION
COMPANIES
V.V. Safronov, V.F. Barabanov, A.M. Nyzhnyy, S.L. Podvalny
The paper proposes a complex development, presented as a set of automated software and hardware modules that can be integrated into a single computational environment for the management and exchange of data between software applications within a single information space. Lists developed structural and functional scheme of constructing a model of specialized software engineering enterprise
Key words: information space, infrastructure, integration, seamless integration
