Сквозная информационная поддержка позаказного промышленного производства корпусной мебели Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

DOI: 10.12737/1761 УДК 684.4: 004.9

СКВОЗНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА ПОЗАКАЗНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА КОРПУСНОЙ МЕБЕЛИ

аспирант кафедры автоматизации производственных процессов А. С. Брыкин заведующий кафедрой автоматизации производственных процессов, доктор технических

наук, доцент А. В. Стариков ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» starikov.vrn@gmail.com, a.brykin@rtec.ru

В настоящее время отечественные мебельные предприятия все чаще выступают в качестве потребителей современных информационных технологий. Необходимость их участия в этой, достаточно затратной, роли обусловлена рядом факторов. Для успешной конкуренции на рынке, во-первых, требуется обеспечить быструю разработку изделий, что невозможно выполнить без использования систем автоматизированного проектирования (англ. Computer-Aided Design - CAD) - САПР мебели. Во-вторых, решение задач по расчету прочности и устойчивости мебельных конструкций, основывающееся на разработанных геометрических моделях изделий, требует использования систем инженерного анализа (англ. Computer-Aided Engineering -CAE). В-третьих, для быстрой и качественной технологической подготовки запуска разработанных изделий в производство требуются соответствующие средства (системы) автоматизации (Computer-Aided Manufacturing - CAM). В наукоемких отраслях промышленности для решения множества перечисленных задач используются комплексные САПР (CAD/ CAM/CAE), относящиеся к категории так называемых «тяжелых» САПР (с учетом их сверхмощной функциональности и высокой стоимо-

сти). Использование подобных «тяжелых» САПР в мебельной промышленности расценивается большинством специалистов-мебель-щиков как «стрельба из пушки по воробьям», другими словами - получаемые преимущества, выраженные в денежной форме, не покрывают затрат на приобретение, ввод в использование и эксплуатацию таких систем.

В то же время для решения задач проектирования и конструкторско-технологической подготовки производства мебельных изделий разработаны и успешно используются отечественные САПР, часто относящиеся к категории «легких» систем. Конкретная специализация данных систем (такая, например, как автоматизация конструкторско-технологической подготовки производства корпусной мебели) обеспечивает их сравнительно невысокую стоимость (30...50 тыс. рублей), легкое освоение пользователями, быструю окупаемость затраченных средств, адекватные эксплуатационные расходы и другие вполне «осязаемые» преимущества.

Однако подобные «легкие» системы обычно не рассчитаны на совместное использование с другими автоматизированными системами, которыми в настоящее время насыщается мебельное производ-

ство (системы производственного планирования и учета произведенной продукции, системы управления исполнительского уровня, управляющие программы современного технологического оборудования и другие). В этой связи одной из актуальных проблем является анализ и разработка методов и средств сквозной информационной поддержки позаказного промышленного производства корпусной мебели.

Основные этапы сквозной информационной поддержки задач промышленного производства включают в себя процессы, начиная от зарождения идеи (осознания необходимости в том или ином изделии) и заканчивая утилизацией изделия при выводе его из эксплуатации [1, 2]. На рисунке представлены основные типы автоматизированных систем с их привязкой к различным этапам жизненного цикла изделий.

Маркетинговые исследования позволяют выявить нужды потребителей и спрогнозировать их спрос. На этом этапе можно отслеживать возрастающие потребности, связанные с качественными и количественными изменениями в современном быту и направлениями моды. CRM-система (Customer Relationship Management - управления взаимоотношениями с клиентами) - прикладное программное обеспечение, предназначенное для автоматизации стратегий взаимодействия с заказчиками (клиентами), в частности, для повышения уровня продаж, оптимизации маркетинга и улучшения обслуживания клиентов путем сохранения информации о клиентах и истории взаимоотношений с ними, установления и улучшения бизнес-процедур и последующего анализа результатов.

СЯМ-система может включать:

- пользовательскую часть для обслуживания клиентов на местах реализации продукции с автономной, распределенной или централизованной обработкой информации;

- операционную часть, обеспечивающую авторизацию операций и промежуточную быструю отчетность;

- хранилище данных;

- аналитическую подсистему;

- распределенную систему поддержки продаж: реплики данных на местах реализации продукции или смарт-карты.

Проектирование традиционно разделяют на внешнее и внутреннее. Внешнее проектирование обычно включает в себя создание технического и коммерческого предложений и формирование технического задания (ТЗ), или задания на проектирование. В ходе внутреннего проектирования формируется принципиальное решение, разрабатываются геометрические модели, производятся расчёты. При этом CAD-системы, обеспечивающие возможности геометрического моделирования изделий, также автоматизируют процесс подготовки рабочих чертежей и спецификаций. В условиях позаказного проектирования изделий на этом этапе важно обеспечить непосредственное взаимодействие с конкретными заказчиками для разработки и воплощения конструкторско-дизайнерских решений, учитывающих пожелания потенциальных потребителей изделий [3].

САЕ-системы, применение которых в мебельной отрасли пока еще крайне редко встречается, призваны обеспечить автоматизацию инженерно-аналитических расче-

Рн

С*

Ы

CRM

CAM

MES

SCADA

CNC

Маркетинговые ^ исследования

CAD - Ш \ 7

Проектирова-

CAE ние

\7

Подготовка

производства

у

Производство

Эксплуатация

IETM

у

Утилизация

Рисунок. Этапы жизненного цикла промышленной продукции и используемые для их

поддержки автоматизированные системы

тов, направленных на моделирование (вычисление) нагрузок, действующих на мебельные изделия и их элементы (детали, фурнитуру) в процессе эксплуатации. В результате моделирования действия нагрузок возможно потребуется внесения изменений в конструкцию мебельных изделий.

На этапе технологической подготовки мебельного производства разрабатываются:

• карты раскроя конструкционных и

декоративно-облицовочных материалов, использующихся для изготовления изделий;

• технологии и операции изготовления деталей (в частности, создаются программы для станков с ЧПУ), прокладываются маршруты движения деталей в рамках цеха или мебельной фабрики;

• технология сборки и монтажа мебельных изделий;

Для автоматизации процессов техно-

логической подготовки производства используются CAM-системы, которые получает выходной файл из CAD-системы и производит необходимые расчеты и вычисления. Как и CAD, CAM-системы доступны в 2D или 3D-версиях - в зависимости от типа принимаемого ими входного файла. Результатом работы CAM-системы является траектория перемещений обрабатывающих инструментов станка с ЧПУ, представленная в виде файла с G-кодом. G-код (соответствующий русскоязычный термин - управляющая программа, УП) -это стандартный формат для описания траектории перемещений инструмента, поддерживаемый практически любой обрабатывающей системой с ЧПУ.

Таким образом, основными функциями CAM-систем являются:

• разработка технологических процессов;

• формирование управляющих программ для технологического оборудования с ЧПУ;

• моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки;

• генерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ;

• расчет норм времени обработки.

Исходными данными для составления программ для станков с ЧПУ являются результаты конструкторского проектирования, поступающие из CAD-системы. Однако возможно программирование и при наличии в качестве исходных данных лишь чертежа детали и параметров техно-

логического процесса. В этом случае при программировании определяют и кодируют геометрию заготовки, траектории движения подвижных органов станка и параметры обработки. Для этих целей используют специализированные языки, например, APT (англ. Automatically Programmed Tools). В языке APT, относящемся к специализированным языкам высокого уровня, имеются следующие группы команд:

• идентифицирующие - для указания названия обрабатываемой детали и типа используемого постпроцессора;

• геометрические - для указания геометрических особенностей детали;

• управляющие перемещениями режущего инструмента;

• управляющие режимами обработки (определяющие скорость подачи, скорость вращения шпинделя, включение охлаждения и т.п.);

• дополнительные команды (например, команды для выбора инструмента).

CAM-программы позволяют существенно сократить время на настройку и перенастройку оборудования, что является одним из ключевых направлений в условиях позаказного промышленного производства корпусной мебели.

Во время производства осуществляются: календарное и оперативное планирование, позволяющее своевременно реагировать на изменение спроса; закупка материалов и комплектующих с их входным контролем качества; механообработки и другие требуемые виды обработки; контроль результатов обработки; сборка; испытания и итоговый контроль.

MES-системы (англ. Manufacturing Execution System - производственная исполнительная система) решают задачи синхронизации, координируют, анализируют и оптимизируют выпуск продукции в рамках какого-либо производства. Другими словами, MES-системы относятся к классу систем управления уровня цеха.

Использование MES-систем в мебельном производстве позволит, во-первых, производить управление ресурсами и материалами для производства, рабочими, документацией и методикой работы; во-вторых, рассчитывать производственное расписание, связанное с особенностью изделия и его технологией производства, что важно в условиях промышленного позаказного производства; в-третьих, управлять производственными потоками по операциям, сериям, партиями; в-четвёртых, осуществить взаимодействие информационных подсистем, управляющих данными, циркулирующими в производственной среде; в-пятых, предоставлять подробные отчёты о результатах производства, вести расчёты фактических и плановых показаний.

Производственная исполнительная система занимает промежуточное положение между АСУП и АСУТП и имеет ряд подсистем, выполняющих следующие функции:

• распределение ресурсов, в том числе распределение исполнителей по работам в рамках технологического процесса;

• диспетчирование потоков заказов и работ;

• управление документами, относящимися к выполняемым операциям;

• оперативный контроль качества;

• оперативная корректировка параметров процессов на основе данных о протекании процессов;

• связь систем ERP и SCADA.

SCADA (от англ. Supervisory Control

And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) - программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления.

SCADA-системы состоят из терминальных компонентов, диспетчерских пунктов и каналов связи. Различаются SCADA-системы типами поддерживаемых контроллеров и способами связи с ними, операционной средой, типами алармов, числом трендов (тенденций в состоянии контролируемого процесса) и способом их вывода, особенностями человеко-машинного интерфейса и другими характеристиками.

CNC (англ. Computer Numerical Control - числовое программное управление, ЧПУ) - компьютеризованная система управления, управляющая приводами технологического оборудования, включая станочную оснастку. Программы для станков с ЧУП могут быть автоматически выгружены из CAD-систем, что значительно сокращает время перенастройки оборудования для производства других деталей.

Функции автоматизированных систем управления предприятием (АСУП) в различных сочетаниях объединяются в несколько групп, соответственно появляются

разновидности АСУП с названиями ERP, MRP, MES, SCM и др. Обычно функции управления поставками и отношениями с заказчиками относят к функциям ERP (англ. Enterprise Resource Planning - планирование и управление ресурсами предприятия). Характерными особенностями современных систем ERP являются ориентация на процессный подход к управлению предприятием, возможность сквозного выполнения всех допустимых бизнес-процессов или их частей.

Процессно-ориентированное управление подразумевает выявление взаимосвязи процессов, осуществляемых структурами предприятия, с качеством продукции и обеспечение требуемого класса качества соответствующим построением бизнес-процессов. Концепцию процессного подхода составляют установление характера и меры влияния различных процессов на качество продукции, разделение процессов на составные части и выделение из них тех, которые определяют качество товаров, определение величины соответствующих затрат, связанных с организацией и осуществлением этих процессов. Процессный подход фактически стирает границы между управлением качеством и управлением самим предприятием.

Позаказное промышленное производство корпусной мебели предъявляет повышенные требования к качеству и срокам проектирования изделий. Чтобы соответствовать этим требованиям, специализированные САПР мебели должны предлагать комплексные решения, автоматизирующие важнейшие стадии жизненного цикла изделий. Это, в свою очередь, тре-

бует пересмотра сложившихся представлений относительно структуры и содержания проектов, использующихся в данных системах, а также реализованной ими парадигмы автоматизированного проектирования объектов корпусной мебели [4].

Применение сквозной информационной поддержки изделия в условиях позаказного промышленного производства позволяет:

• оперативно реагировать на изменение спроса на рынке, снимать с производства неактуальные модели, добавлять новые;

• осуществлять планирование производства в соответствии с реальными возможностями сетей обеспечения сырьём;

• учитывать мнение каждого конкретного заказчика.

В будущем ни одно конкурентоспособное производство не будет обходиться без обеспечения сквозной информационной поддержки изделия и средств автоматизированного проектирования, т.к. это позволяет сократить затраты, увеличить производительность, повысить качество.

Библиографический список

1. Норенков И.П., Кузьмик ПК. Ин-

формационная поддержка наукоемких изделий (CALS-технологии). М.: Изд-во

МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 320 с.

2. Управление жизненным циклом продукции / А.Ф. Колчин, М.В. Овсянников, А.Ф. Стрекалов [и др.]. М.: Анахар-сис, 2002. 304 с.

3. Бунаков П.Ю., Стариков А.В. Автоматизация проектирования корпусной

мебели: основы, инструменты, практика. М.: ДМК Пресс, 2009. 864 с.

4. Новая парадигма проектирования САПР сложной корпусной мебели для по-

заказного промышленного производства / П.Ю. Бунаков, А.В. Стариков, А.А. Старикова [и др.]: монография. М.: МГУЛ, 2007. 320 с.

DOI: 10.12737/1762 УДК 674.048: 674.812

АНТИФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

аспирант кафедры древесиноведения Н. В. Губанова ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Gubanova@freemail. ш

Для получения нанокомпозитов на основе модифицированной древесины использованы: смазка Biol, целлюлоза (НКЦ), высокодисперсный кремнезем (А-300).

Испытания на трение и износ проводились на модернизированной машине трения МИ-1М. Схема экспериментальной установки показана на рис. 1.

Электродвигатель постоянного тока 1 с независимым возбуждением приводит во вращение через трехскоростной редуктор

2, систему клиноременных и зубчатых передач, шпиндель 3. Обороты электродвигателя изменяются регулятором напряжения 4 типа РНО-250-10. Вал 5 образован съемными роликами, которые насажены на консольную часть шпинделя и зафиксированы на нем гайкой. Образцы 6 из модифицированной древесины в виде вкладышей помещаются в самоустанавливающие-ся оправки с шаровой опорой и нагружаются рычагами. Замена роликов производится путем снятия самоустанавливающе-гося шарикоподшипника 7, для чего он посажен по скользящей посадке относитель-

но своего корпуса и шпинделя. Момент трения замеряется системой: тензометри-ческое кольцо 8 с тензодатчиками, усилитель 9, микроамперметр 11. Для контроля нуля микроамперметра служит электромагнит 12, который позволяет во время испытания, не снимая нагрузки с образцов, разгрузить тензометрическое кольцо 8. Температура образцов определяется измерителем температуры 10 с помощью хро-мель-копелевых термопар.

Работа установки заключается в следующем. К вращающемуся валу 5 с заданной нагрузкой прижимаются испытуемые образцы 6. Под действием момента сил трения маятник 13 стремится повернуться вокруг своей оси, деформируя при этом кольцо 8 с наклеенными на него тензодатчиками; возникающий сигнал подается на усилитель 9 и фиксируется микроамперметром 11 типа М266М. До начала опыта система замера момента трения тарируется. При испытании регистрируются следующие параметры: момент трения и температура образцов. По окончании опыта