Інформаційні технології у машинобудуванні і металообробці

Якщо раніше кожен користувач винен був сам програмувати алгоритми в своїй професійній діяльності, то сьогодні “кустарне” програмування стало непотрібним. Його замінює знання і уміння користуватися існуючими інформаційними технологіями в кожній професійній області. І це насамперед стосується фахівців в області машинобудування і металообробки. У ній створені системи автоматичного проектування, такі, як AUTOCAD, КОМПАС-3D, системи автоматизованого проектування технологічних процесів (CAM), технології забезпечення життєвого циклу виробу від маркетингу до утилізації що відслужив свій термін виробу або деталі (CALS).

До винаходу комп’ютерів все проектування нових виробів велося за так званою паперовою технологією. Будь-яке конструкторське бюро було залом з рядами креслярських столів – кульманів, за якими конструктори розробляли креслення нового виробу на папері. Далі ці креслення копіювали на кальку і потім розмножували їх. Вся документація зберігалася на папері. Всі інженерні розрахунки проводилися за допомогою арифмометрів і логарифмічних лінійок. При виготовленні дослідних зразків виробів і їх серійному виробництві наладка верстатів проводилася уручну. Далі проводилися натурні випробування виготовлених дослідних зразків. По їх результатах вносилися необхідні зміни в конструкцію, коректувалися креслення і починалася підготовка до серійного випуску виробу.

З винаходом комп’ютерів багато етапів створення нових виробів піддалися корінним змінам. Стало можливим перейти на безпаперову технологію. Комп’ютер, оснащений відповідними програмами, спільно з принтером, плоттером і графічним планшетом (дигитайзером) замінив собою кульман, папір, олівець, арифмометр і логарифмічну лінійку. При цьому комп’ютер дозволив автоматизувати і значно прискорити інженерні розрахунки.

Прикладом може служити автоматизований розрахунок зубчатої передачі за допомогою програми Microsoft Excel. Початковими даними служать передавальне число і модуль даної передачі. Формули розрахунку вводяться у відповідний рядок таблиці Excel. Ввівши у формули значення передавального числа і модуля, отримуємо повний розрахунок всіх параметрів зубчатої передачі будь-якого типу.

Іншим, набагато складнішим прикладом може служити розрахунок лопаток парової турбіни, що вимагає залучення комп’ютерів великої продуктивності.

Використання сучасних комп’ютерних технологій дозволяє істотно скоротити тривалість проектно-конструкторських робіт, по-новому реалізувати проектні процедури і в результаті отримати ефективніші технічні рішення.

Апаратне забезпечення автоматизованих робочих місць (АРМ) для працівників самих різних професій мало відрізняється один від одного. Його основою є професійний комп’ютер. Головна відмінність полягає в їх програмному забезпеченні, яке і відрізняє, наприклад, АРМ інженера-проектувальника від АРМ інженера-технолога.

Новітні комп’ютерні технології дозволяють організувати автоматизоване робоче місце конструктора-проектувальника. Базовими програмними продуктами АРМ конструктора-проектувальника є операційна система Microsoft Windows і універсальна графічна платформа AUTOCAD 2004 фірми Autodesk.

Системи автоматизованого проектування (САПР), звані в англійському перекладі CAD-системами (Computer Aided Design), застосовуються для вирішення різноманітних інженерних і конструкторських завдань. До найбільш популярним слід віднести могутню систему машинного проектування AUTOCAD фірми Autodesk, використовувану для створення креслень.

Застосування САПР-ТЕХНОЛОГИЙ дозволяє скоротити час на виконання проекту і випуск виробів, зменшити можливі помилки, підвищити якість конструкторської документації, а при використанні програмно-керованого устаткування – готувати необхідні для цього дані в потрібному форматі. Повний спектр завдань, що вирішуються з допомогою САПР, надзвичайно багатий, і програм, призначених для цього, розроблено достатньо багато.

Для ефективної роботи з програмами САПР краще застосовувати монітор з великим розміром екрану. Для отримання твердої копії результатів роботи (креслення, схеми) зазвичай великими форматами паперу.

AUTOCAD – це графічне ядро систем автоматизованого проектування (САПР). Багаті функціональні можливості, широкі можливості програмування, зв’язок з базами даних, великий вибір сумісних периферійних графічних пристроїв фактично зробили графічний пакет AUTOCAD світовим промисловим стандартом в своїй області. Випускаються версії програми для різних платформ і під різні операційні системи. Програма сумісна зі всіма видами принтерів і плоттерів, що випускаються.

При створенні нових інженерних конструкцій може застосовуватися математичне моделювання (машинний експеримент) – моделювання реально існуючих об’єктів, здійснюване засобами мови математики і логіки за допомогою комп’ютера.

Математичне моделювання засноване на створенні і дослідженні на комп’ютері математичної моделі реальної системи – сукупності математичних співвідношень (рівнянь), що описують цю систему. Рівняння (математична модель) разом з програмою їх рішення вводять в комп’ютер і, імітуючи різні значення вхідних (по відношенню до досліджуваної системи) сигналів і умов роботи системи, визначають величини, що характеризують поведінку системи.

Математичне моделювання, на відміну від матеріального (експериментального, наочного), є теоретичним, таким, що відбувається тільки в комп’ютері, а не в реальності. Воно дозволяє обійтися без складного, дорогого або небезпечного експерименту, наприклад при створенні автомобілів, літаків, локомотивів.

Математичне моделювання процесу або явища не може дати повного знання про нього. Це особливо істотно у тому випадку, коли предметом математичного моделювання є різної природи. Тому іноді математичне моделювання доповнюють створенням натуральної моделі.

Система тривимірного твердотільного моделювання КОМПАС-3D призначена для створення тривимірних асоціативних моделей окремих деталей і складальних одиниць, що містятьі конструктивні елементи. Параметрична технологія дозволяє швидко отримувати моделі типових виробів на основі одного разу спроектованого прототипу. Численні сервісні функції полегшують вирішення допоміжних завдань проектування і обслуговування виробництва. Завдання, що вирішується системою, – моделювання виробів з метою істотного скорочення періоду проектування і швидкого їх запуску у виробництво. Креслярський редактор “КОМПАС-Графік” надає щонайширші можливостіьких робіт в різних галузях промисловості. Він успішно використовується в машинобудівному проектуванні, при проектно-будівельних як оригінальні, так і стандартизован автоматизації проектно-конструкторс роботах, складанні різних планів і схем.

На зміну інформаційній підтримці окремих етапів створення інженерних конструкцій в кінці 20-го століття прийшла ідеологія ведення бізнесу CALS (Continuous Acquisition and Support) або, в сучаснішому викладі, PLM (Product Lifecycle Management). За терміном “життєвий цикл” (“Lifecycle”) коштують два поняття – “маркетинговий життєвий цикл” (МЖЦ) і “функціональний життєвий цикл” (ФЖЦ). МЖЦ має відношення до поведінки певного виду продукції на ринку і завершується моральним зносом і зняттям з виробництва, а ФЖЦ пов’язаний з функціональним призначенням виробу і завершується фізичним зносом і утилізацією. Прикладом можуть служити персональні комп’ютери. Маркетинговий життєвий цикл систем на базі Pentium II закінчився, але фізично їх успішно продовжують експлуатувати в багатьох організаціях.

Поняття “Життєвий цикл” включає наступні етапи: маркетинг, проектування, виробництво, продажі, постачання і експлуатацію. Прикладом застосування поняття “Життєвого циклу” в нашій країні може служити його використання в найбільшому авіабудівному комплексі “Сухий”. Він охоплює чотири основні етапи: проектування, виробництво, післяпродажне обслуговування і утилізація.

Сьогодні виробництво складних машинотехнічних виробів стало неможливим без забезпечення інформаційної підтримки на всіх стадіях їх життєвого циклу. Інформаційна підтримка – це цілий комплекс питань, що включає автоматизацію процесів проектування, забезпечення технологічних процесів виробництва, автоматизацію управлінської діяльності підприємств, створення електронної експлуатаційної документації, впровадження автоматизованих систем замовлення запасних частин і так далі

Важливу роль в життєвому циклі грає маркетинг (англ. marketing, від market – ринок) – система управління, заснована на комплексному аналізі виробничо-збутової діяльності і дії на неї з метою отримання прибули.

Маркетинг виник як вид управлінської діяльності в другій половині XX століття. Але якщо спочатку він застосовувався виключно в цілях збуту проведеній продукції, то з другої половини 1970-х рр. він стає елементом стратегічного управління фірмою, філософією бізнесу. Звідси нова концепція маркетинг-менеджменту, тобто побудови всієї управлінської діяльності фірми.

Маркетинг включає товарну, цінову політику, а також політику просування товару і продажів.

Основними принципами сучасного маркетингу є: виробництво продукції, засноване на точному знанні потреб покупця, ринкової ситуації і реальних можливостей фірми; ефективне вирішення проблем споживача; націленість фірми на довгостроковий комерційний успіх; активна дія на формування потреб на ринку.

Проектування і виробництво нерозривно зв’язані між собою. Конструктор розробляє геометрію виробу, встановлює технічні вимоги і оформляє конструкторську документацію, а технолог забезпечує виготовлення виробу з урахуванням специфіки виробництва, технічних процесів і устаткування.

Електронний опис виробу дає вичерпний опис спроектованого виробу і фактично замінює паперову конструкторську документацію. На його основі з’являється можливість технологічних процесів. Таким чином, виконується ще один принцип CALS – принцип безпаперового представлення інформації.

У фірмі “Сухий” ОКБ “Сухою” знаходиться в Москві, а основні заводи-виробники в Комсомольску-на-Амурі, Іркутську і Новосибірську. При такій географічній віддаленості один від одного їх узгоджена робота забезпечується засобами мережі Інтернет і захисту інформації.

Організація технологічного процесу виготовлення дослідних зразків і серійного виробництва виробів здійснюється за допомогою систем автоматизованого проектування технологічних процесів, так званих САМ-СИСТЕМ (Computer Aided Manufacturing). Вони забезпечують найбільш раціональний вибір верстатного устаткування, інструментів і режимів обробки деталей.

Комплексні рішення при цьому базуються на передових технологіях гібридного моделювання, інтегрованих засобах електронного документообігу, а також на широкому спектрі спеціалізованих модулів, серед яких важливе місце займають програми для віртуального моделювання процесів механічної і електроерозійної обробки з виходом на верстати з числовим програмним управлінням (ЧПУ).

Сучасні металообробні верстати і багатоопераційні оброблювальні центри оснащені числовим програмним управлінням (ЧПУ). Це управління обробкою заготівки на верстаті за програмою, заданою в цифровій формі. Пристрій ЧПУ видає дії, що управляють, на виконавські органи верстата відповідно до програми і інформації про стан керованого об’єкту. Верстати з ЧПУ поєднують високу продуктивність, властиву верстатам-автоматам, з гнучкістю, швидкістю переналадки на інші режими роботи, що характерний для універсальних верстатів. Оброблювальний центр оснащений інструментальним магазином великої ємкості і пристроями для автоматичної зміни інструменту. Верстат дозволяє вести комплексну механічну обробку великого числа поверхонь заготівки різними способами – точінням, фрезеруванням, свердленням і ін.

У сучасному машинобудуванні і приладобудуванні відбувається ускладнення продукції, що випускається, номенклатура її збільшується, а серійність виробництва зменшується. Це веде до значного збільшення об’ємів і термінів виконання робіт у сфері конструкторсько-технологічної підготовки виробництва. Вимоги ринкової економіки примушують підприємства постійно покращувати споживчі властивості і якість виробів, а терміни їх випуску максимально скорочувати.

Це викликало до життя концепцію крізного циклу проектування і виробництва “від ідеї до металу”. Суть її полягає в тому, що комп’ютерні системи і устаткування повинні розглядатися як єдиний інформаційний технологічний процес на всьому протязі від проектування до виготовлення виробів. Крізний цикл складається з блоків Саd/сам/сає/pdm. САМ-СИСТЕМИ є частиною цієї більш загальної концепції.

Окрім тривимірних (віртуальних) моделей на екрані монітора комп’ютера сучасні інформаційні і лазерні технології дають можливість створювати “тверді” моделі окремих деталей зіітографія”. Вона заснована на використанні фотополімеризації лазерним випромінюванням. світлочутливого пластика.

Спочатку за проектом конструктора створюється комп’ютерна (віртуальна) модель, яка через мінімальний час може бути втілена у вигляді реальної моделі. Проводяться всі деталі для збірки. Зібрану модель можна пофарбувати, перевірити можливість установки і розміщення електронних компонентів, оптики, ергономіку, пред’явити для затвердження дизайну замовником і так далі.

Пластикова модель легко піддається обробці, фарбуванню, металізації. Модель може бути використана для перевірки ідей конструктора, використовуватися на презентаціях, в маркетингових акціях і тому подібне

Сфери застосування лазерної стереолітографії:

• виготовлення оснащення для різних видів литва;
• точне литво по суцільних випалюваних моделях.

Лазерна стереолітографія дозволяє створювати деталі найскладнішої форми з максимальними розмірами 250x250x250 мм.

Спочатку об’ємний віртуальний образ ділять на набір пошарових зображень тонких перетинів (0,1-0,2 мм). У ванну, наповнену рідиною, що фотополімеризується, поміщають плоску підставку, на якій згодом з’явиться об’єкт, так, щоб вона була занурена на товщину формованого шару (ті самі 0,1-0,2 мм). Потім поверхню рідини обробляють променем лазера, і в тих місцях, які він опромінює, утворюються тверді ділянки. Так виникає нижній шар моделі. Платформу трохи притоплюють і формують другий шар. Операцію повторюють до тих пір, поки модель не буде цілком готова.

Важливу роль в машинобудуванні грає логістика (від англ. logistics – матеріально-технічне постачання) – контроль за всіма видами діяльності, пов’язаними із закупівлею ресурсів для виробництва і доставкою готовій продукції покупцеві, включаючи необхідне інформаційне забезпечення цих процесів. Логістика також координує взаємини всіх членів системи постачання і розподілу. До безпосередніх функцій логістики відносяться: транспортування, складування, збір замовлень, розподіл продукції, упаковка, сервісне обслуговування.

Система логістики включає логістику на вході і логістику на виході. Перша управляє всіма операціями з сировиною і матеріалами, починаючи з вибору постачальника і закінчуючи поверненням неякісної сировини; друга контролює розподіл готової продукції, включаючи її доставку кінцевому споживачеві.

Логістика використовується учасниками каналів руху товару для зниження витрат, підвищення якості обслуговування покупців і підтримки об’єму запасів на складі на мінімальному необхідному рівні.

Так інформаційні технології в машинобудуванні і металообробці з важливого, але допоміжного засобу сьогодні перетворилися на головну організуючу силу – реальну крізну автоматизацію виробничих процесів.