Программные продукты и системы

Быстрое выявление потребностей рынка, создание необходимой продукции и материальных ресурсов для организации ее производства являются требованием сегодняшнего дня. Это возможно, во-первых, благодаря автоматизации проектных работ при традиционном фазовом планировании проекта. Во-вторых, за счет совмещения во времени процессов проектирования изделий, подготовки и планирования их производства. И, наконец, вследствие интеллектуализации процесса проектирования за счет введения баз знаний в систему автоматизированного проектирования, что позволяет перейти от автоматизированного проектирования к автоматической генерации проектов.

При традиционном подходе к разработке новых изделий – фазовом планировании проекта (phase project planning) – весь процесс создания проекта нового изделия разделяется на отдельные фазы: функциональное проектирование (ФП), объектное проектирование (ОП) и процессное проектирование (ПП). Каждая фаза может содержать несколько этапов, например структурный, параметрический синтез. В каждый этап входит несколько шагов проектирования. В процессе выполнения каждого шага реализуется законченная проектная процедура, например выбор режущего инструмента, расчет диаметра вала и т.п. Таким образом, каждому шагу можно поставить в соответствие проектную процедуру П(i) и два состояния объекта до и после выполнения шага проектирования ИМ(i) и ИМ(i+1) (рис.1). Промежуточные состояния объекта могут быть зафиксированы в виде информационных моделей ИМ(i), например чертежей, операционных эскизов или информационных блоков. Процесс проектирования складывается из последовательности таких шагов. Объект представлен множеством состояний, связанных с проектными процедурами. При решении задачи на i-м этапе j-й фазы готовится информация для выполнения i+1-го этапа этой фазы. Доступ к полученной информации возможен только после окончания i-го этапа.

Каждый этап выполняется группой узкопрофильных специалистов, действующих самостоятельно и начинается только после завершения предыдущего.

Процесс проектирования и подготовки производства нового изделия, обычно ведется в условиях ограничения материальных и информационных ресурсов, необходимых для организации производственного процесса и производственной системы, и тесно связан с формированием структуры ресурсов.

На этапе функционального проектирования, определяется набор функций, которые необходимо и возможно реализовать различными способами в имеющемся пространстве ресурсов. Из множества ресурсов выделяется подмножество, обеспечивающее реализацию выбранного варианта принципиальной схемы объекта.

На этапе объектного проектирования из этого подмножества выделяются ресурсы, определяющие возможность производства изделия в определенной производственной системе.

Процессное проектирование позволяет создать структуру ресурсов, то есть получить взаимосвязанное множество ресурсов, необходимых для производства объекта (привлеченных для производства данного изделия).

В настоящее время традиционный последовательный подход к разработке новых изделий уступает место совмещенной разработке изделия и процессов, или С-технологии (concurrent engineering) [1].

Окончательно структура ресурсов формируется на этапе проектирования производственной системы (для вновь создаваемого производства) или при планировании уже имеющегося производства.

При совмещенном проектировании во время решения задачи на каком-либо этапе формируется информация, необходимая для выполнения последующих этапов, причем доступ к ней возможен до завершения выполняемого этапа. Эта информация может быть представлена в виде концептуальных решений, которые базируются на техническом, экономическом и социальном анализе или на прогнозах.

Принятые концептуальные решения позволяют ограничить вариантность решения задачи, обозначить процессы, порождаемые недостатком ресурсов, и инициировать процессы создания или получения необходимых ресурсов до окончания проектирования изделия, что в итоге сокращает цикл подготовки производства и позволяет совместить во времени техническую подготовку для основного и вспомогательного производства. В ряде случаев для последующих этапов могут быть получены готовые варианты решений, что также способствует сокращению сроков подготовки производства.

Совмещенное проектирование может быть реализовано в двух вариантах.

1) Асинхронное, когда при решении задачи на i-м шаге j-й фазы (этапа) готовится информация для выполнения i+1-го и последующих шагов j+1-й и последующих фаз (этапов). Получаются частично или полностью сформированные решения для i+1...k-го шагов. Доступ к этой информации возможен после завершения i-го шага. Этот вариант возможен, когда не требуется согласования принимаемого на i-м шаге решения с разработчиками, выполняющими последующие шаги.

2) Синхронное, когда при решении задачи на i-м шаге j-й фазы готовится информация для выполнения i+1-го и последующих шагов j+1-й и последующих фаз (этапов). Получаются частично или полностью сформированные решения для i+1...k-го этапов. Однако доступ к этой информации возможен в процессе выполнения i-го шага. В этом случае предполагается возможность получения коллективного согласованного решения, что резко сокращает затраты времени на корректировку решений после завершения проекта (количество итераций).

Реализация совмещенного проектирования возможна только в условиях компьютеризированного интегрированного производства, когда имеется возможность оперативного обмена информацией и доступа к ней для всех специалистов, участвующих в создании изделия и в подготовке его производства через единое информационное пространство.

Единое информационное пространство реализуется на техническом, программном, информационном, методическом и организационном уровнях.

Особое значение имеют инструментальные свойства такого пространства, то есть способность поддерживать создание и функционирование компонентов автоматизированных систем функционального, объектного и процессного проектирования. Именно поэтому в его основу должна быть положена интегрированная программная инструментальная среда. Из представленных в настоящее время на рынке наиболее полно отвечает поставленным требованиям отечественный программный продукт ²СПРУТ².

Он, во-первых, содержит элементарный субстрат, эквивалентный базовым знаниям, необходимым для синтеза проектных процедур и алгоритмов; во-вторых, осуществляет интеграцию на языковом уровне; в-третьих, поддерживает информационную интеграцию на основе единого способа представления данных и методов их обработки; в-четвертых выполняет роль системного интегратора на программном уровне и, наконец, выполняет роль операционной системы, обеспечивая дистанционный доступ к знаниям и консультации, поддерживая многопользовательский режим.

Решение задачи информационной интеграции на предметном уровне, другими словами информационной интеграции процессов подготовки и планирования производства, предлагается осуществить на основе единой модели объекта (ЕМО).

Далее под ЕМО будем понимать информационную структуру, на основе которой можно отображать структуры и свойства объекта производства, процедуры преобразования структуры и определения параметров, а также структуры и параметры информационных и материальных ресурсов, необходимых для реализации процессов проектирования и изготовления (создания) объекта. Это дает возможность связать информационно в единое целое процесс проектирования изделия и процесс технической подготовки производства, включающий получение необходимых материальных и информационных ресурсов, проектирование вспомогательных процессов, связанных с изготовлением технологического оснащения и с созданием производственной системы.

ЕМО (см. рис. 4) в общем виде отображает состояния объекта по шагам, фазам и этапам проектирования (или изготовления), процедуры или действия Пi, связывающие эти состояния и обеспечивающие переход объекта из состояния C(i) в C(i+1) и ресурсы Rj, определяющие возможность реализации Пi, и по сути дела является моделью объекта, процесса его создания и среды (далее ЕМОПС). Такая модель является в некотором роде проекцией объекта и процесса его производства на множество ресурсов, которое может быть представлено как одномерное при информационных (быстротиражируемых ресурсах), двухмерное или трехмерное при материальных ресурсах: (множество: номенклатура и количество, ресурсов и время их использования). Процедура П(i) в этом случае использует определенные ресурсы в течение ограниченного известного интервала времени. Rj принадлежит к подмножеству ресурсов R, составляющих производственную систему или информационную проектную среду.

Отображение ЕМОПС в информационном пространстве осуществляется посредством взаимосвязанных тексто-графической базы данных и базы знаний, с помощью которых устанавливается взаимосвязь:

C(i),П(i) и C(i+1);

П(i) и R(i);

а также элементов геометрической модели и их свойств.

Таким образом, структура данных ЕМОПС включает (см. рис. 2):

– геометрию и топологию объекта в процессе его проектирования или производства (ИМ i-1, ИМ i, ИМ i+1);

– свойства отдельных элементов структуры и структуры в целом;

– функциональные и структурные связи элементов;

– процедуры преобразования структуры и определения параметров (П i-1, П i);

– описание ресурсов (временных, информационных и материальных), необходимых для реализации процедуры.

²СПРУТ² позволяет реализовать создание такой модели на основе связанной тексто-графической базы данных, языка высокого уровня и средств накопления знаний.

Особую роль играет методическое обеспечение совмещенного проектирования. Основное требование к методическому обеспечению процесса совмещенного проектирования состоит в установлении логических и функциональных связей между элементами и процедурами преобразования разных фаз (и этапов) подготовки производства.

Так, процесс функционального проектирования может быть представлен как построение функциональной модели объекта и обобщенной модели, или метамодели изделия. В соответствие заданному набору функций должно быть поставлено некоторое множество принципиальных схем (или структур изделия). Такие структуры можно поставить в соответствие известным конструкторским решениям, а полученное информационное образование назвать проектно-конструкторским решением (ПКР) или модулем (ПКМ). Для каждой структуры определяются граничные значения параметров, при выходе за которые данное решение не может быть реализовано. Другими словами, устанавливается взаимосвязь между ПКМ, информационными и материальными ресурсами для их реализации.

В процессе объектного проектирования производится окончательный выбор структуры конкретного объекта и выбор однозначной совокупности конструкторских решений. Это осуществляется, с одной стороны, с учетом взаимосвязи между ними, а с другой – с учетом возможности реализации создаваемой конструкции. В качестве информационной базы для этого целесообразно использовать библиотеку конструкторско-технологических решений (КТР) или модулей (КТМ), устанавливающих взаимосвязь между конструкторским решением и вариантами технологии для его реализации.

Результат решения – проекция объекта на совокупность КТМ. Создается информационная модель, отображающая конструкцию объекта, на основе которой может быть сформирован рабочий проект (конструкторская документация на изделие, спецификация и т.п.), а также информационная база для формирования альтернативных технологических процессов.

При технологической подготовке на основе полученной совокупности КТМ формируются альтернативные планы обработки деталей и формирования сборочных единиц. Решение задачи может осуществляться с учетом дополнительных условий, предъявляемых к технологии, системой планирования и управления производством.

Задача решается в два этапа:

1)       структурный синтез альтернативных технологий на основе КТМ и технологических циклов (ТЦ), их образующих;

2)       определение параметров технологических циклов, на основе чего создается детальный операционный технологический процесс и формируются УП для оборудования ЧПУ.

На основании изложенного можно сделать следующие выводы. Рассмотрено информационное представление процесса подготовки производства для фазового и совмещенного проектирования. Проведена интеграция процессов функционального, объектного и процессного проектирования и создание единого информационного пространства на основе единой модели объект-процесс-среда и интегрированной инструментальной среды ²СПРУТ². Показана особая роль методической интеграции при организации совмещенного проектирования.

Список литературы

1.  Смирнов А.В., Юсупов Р.М. Совмещенное проектирование: необходимость, проблемы внедрения, перспективы. - С.-Пб: СПИиРАН, 1992. - 36 с.

2. Савинов А.М. Процедурная модель объекта для специализированной сквозной САПР в единой инструментальной среде. Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. - 1993. -№ 1.

3. Савинов А.М., Ковалевский В.Б. Информационная интеграция конструкторско-технологического проектирования // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. -№3. -1995. - С.24-29.