Эффект сквозного проектирования

Приобретая дорогостоящее оборудование, руководители отечественных предприятий часто недооценивают важность его послепродажного обслуживания. В первую очередь это относится к станкам с ЧПУ.

Приобретая дорогостоящее оборудование, руководители отечественных предприятий часто недооценивают важность его послепродажного обслуживания. В первую очередь это относится к станкам с ЧПУ. Внедрение современных программных решений и реализация принципа сквозного проектирования позволили ОАО «Завод Компонент» решить эту проблему.

Изготовление деталей быстрее, точнее и с меньшими затратами — вот одно из конкурентных преимуществ в современных условиях. Разумеется, при этом необходимо соответствующее оборудование. Но в нашей стране основной упор нередко делается только на его покупку. Дальнейшее сопровождение и обслуживание в расчет не берется. Однако современный станок — очень сложное устройство, и его обслуживание требует специальных знаний и навыков. В конце 90-х годов, когда отечественный рынок услуг по сопровождению высокотехнологичного оборудования только формировался, заводы, пытаясь ликвидировать техническое отставание от западных производителей, на свой страх и риск покупали современное оборудование и, как могли, обслуживали его.

Завод «Компонент», как и многие другие предприятия приборостроения, в свое время приобрел станки с числовым программным управлением (ЧПУ). На первых порах создание управляющих программ для них было поручено высококвалифицированным операторам, работающим на этих станках. Пользуясь удобной средой программирования Heidenhain, оператор мог создать управляющую программу практически для любой детали, обрабатываемой в плоскости. Но, во-первых, станок простаивал, пока пока очуществлялась эта работа, а это непозволительная роскошь, если учесть, что средняя стоимость станка составляет 200 тыс. долл. Во-вторых, программа создавалась «вслепую»: специалист опирался только на чертеж, так как встроенная в систему управления станка программа тестирования предназначена для проверки небольших управляющих программ и не является полноценным верификатором данных. При проверке больших по объему управляющих программ система тестирования может не обнаружить явных ошибок, что приводит к серьезным поломкам оборудования. Управляющая программа — это конечный элемент в цепи подготовки производства, и, чтобы систематизировать и автоматизировать ее разработку, надо было начать с самого начала процесса создания изделия.

Ключи к успеху

Как известно, производство начинается с подготовки конструкторской документации, на основании которой разрабатывается технологический процесс. Чтобы создание управляющих программ стало прозрачным, надо автоматизировать разработку конструкторской документации и технологических процессов.

Раньше вся конструкторская документация разрабатывалась вручную, и только ИТ-поддержка несколько изменила положение вещей. Сначала появилось копировальное оборудование, принтеры, а затем более мощная компьютерная техника дала возможность использовать двумерные системы автоматизированного проектирования (САПР). Таким образом, использование современной техники ускорило процесс (рис. 1).

Рис. 1. Интенсификация подготовки производства за счет технического обновления без изменения системы подготовки производства

Рис. 2. Интенсификация подготовки производства за счет модернизации системы подготовки производства совместно с техническим перевооружением

В ноябре 2003 года дирекция завода «Компонент» приняла решение создать систему сквозного проектирования (ССП) на этапе подготовки производства. С января 2004 года началось внедрение ССП, основанной на программном обеспечении Pro/ENGINEER Wildfire американской компании РТС (рис. 2). При выборе программного решения в расчет принимались следующие факторы.

• основной разработчик изделий для предприятия весь процесс проектирования также ведет в единой среде Pro/ENGINEER; группа специалистов завода имеет опыт работы с продуктами PTC;
• поставляемый комплект программного обеспечения включает полный набор функциональных модулей для организации эффективной совместной работы конструкторских и технологических подразделений;
• возможна глубокая "бесшовная" интеграция предлагаемых программных продуктов;
• поставщик ПО входит в число мировых лидеров рынка программного обеспечения.

Стоит отметить, что выбранный вендор предлагает систему разработки и оптимизации конечного изделия по различным критериям. Она позволяет, с одной стороны, полно и эффективно обеспечить подготовку производства изделий, а с другой — достигать поставленных целей поэтапно, решая на каждом из них конкретные задачи. Таким образом, система не спускается сверху и не воспринимается как некое «инородное тело», а постепенно «выращивается» на предприятии, углубляя и оптимизируя процессы проектирования и подготовки производства. Именно такой подход как нельзя лучше применим на небольших предприятиях, к которым относится завод «Компонент».

Следующим шагом стал выбор компании, способной не просто установить программное обеспечение и грамотно обслуживать его, но и участвовать в создании различных стратегий на этапе подготовки производства. Двум потенциальным поставщикам было предложено выполнить пилотный проект по подготовке управляющих программ для станков с ЧПУ и последующей отработке программ на станках, имеющихся на предприятии. По итогам пилотного проекта был сделан окончательный выбор в пользу инженерно-консалтинговой фирмы «Солвер» из Воронежа.

Обучение специалистов проходило тяжело, так как большая часть их была старше сорока лет и имела небольшой опыт общения с ПК. Процесс обучения был разделен на несколько этапов. После каждого из них следовал период самостоятельной работы. Такой вариант обучения позволил освоить абсолютно новый программный продукт в короткие сроки.

Шаги автоматизации

К апрелю 2004 года закончился период обучения, и была создана группа САПР в отделе главного технолога, она состояла из пяти человек. Первоначально в их обязанности входило создание управляющих программ по уже существующим технологическим процессам для фрезерных центров. Несмотря на то, что половина сотрудников группы не имела опыта работы в механообработке, уже в конце апреля были разработаны и внедрены первые управляющие программы.

Рис. 3. Модернизация локальной компьютерной сети

Для более рациональной работы связки «группа САПР — станки с ЧПУ» была реорганизована локальная сеть, связавшая все станки и компьютеры группы САПР на основе технологии Ethernet/Fast Ethernet (рис. 3). Это программистам оперативно обращаться к серверу для внесения изменений в управляющие программы. Операторам станков было запрещено изменять код управляющих программ, но они имели возможность загружать их в спецвычислители. Таким образом, четко разграничивались полномочия обеих сторон, и контролировался весь процесс создания и отработки управляющих программ.

Была решена проблема обеспечения достоверности кода управляющих программ. Стойки станков с ЧПУ дают возможность операторам редактировать код, и эту функцию намеренно не стали блокировать. Редактирование таких параметров, как подача, обороты шпинделя, величина коррекции необходимы, но операторы, увлекшись, зачастую начинают редактировать и код программы. Это приводит к ошибкам и, следовательно, к браку. Чтобы защитить управляющие программы от изменений, на сервере хранятся их оригиналы, доступные для операторов только в режиме чтения.

Внедренное ПО, как и практически любая CAD-система высокого уровня, основана на трехмерной модели и позволяет программисту в процессе создания управляющих программ опираться на математическую модель детали. Благодаря этому упрощается сам процесс программирования, а встроенные средства проверки управляющих программ дают более точные результаты. Таким образом, на первом этапе внедрения ССП удалось упорядочить процесс и сократить время написания управляющих программ в среднем на 15 % за счет более широких возможностей внедренной системы, организовать процесс передачи управляющих программ на станок, их отработку и резервное копирование.

Необходимость ускорения

С ростом объемов выпускаемой продукции остро встал вопрос сокращения времени разработки и внедрения управляющих программ. Существовало два варианта решения проблемы: минимизация времени на поиск и устранение ошибок при написании управляющих программ, а также упрощение и унификация технологических процессов.

Все ошибки, допущенные при разработке управляющих программ, как правило, выявлялись уже на стадии внедрения, то есть непосредственно на станке. Получался «двойной» простой: программист был вынужден отрываться от работы и в спешном порядке исправлять ошибки, а станок простаивал в ожидании устранения ошибки. Поэтому поначалу процесс отладки управляющих программ был сильно затянут. Для решения этой проблемы в конце 2005 года руководство завода приобрело специализированный пакет VERICUT. С его помощью стало гораздо легче проверять код управляющих программ, выявлять и устранять ошибки до и после обработки кода постпроцессорами, до выхода на станок. Такая связка программных продуктов позволила сократить время разработки управляющих программ с 15—25 дней до 5—10 дней (в редких случаях оно достигает 15 дней).

Еще одним слабым местом в процессе подготовки производства был этап описания технологических процессов. Специфика предприятия диктовала повышенные требования к качеству и надежности. Все детали должны обладать высокой прочностью и иметь большую точность исполнения, вместе с тем требование минимизации массы изделия никто не отменял. Поэтому практически все корпусные детали крайне нетехнологичны и насыщены различными выборками, пазами, отверстиями и т. п., что влияет на порядок обработки. Технический процесс становится громоздким, требует большого количества режущего инструмента. Для досконального объяснения схемы крепления детали необходимо оформлять карты эскизов. Все это привело к тому, что технологический процесс описывал только один специалист, причем вручную. Естественно, эта работа растягивалось на 15—18 дней.

Для устранения этой проблемы был проведен тщательный анализ рынка программного обеспечения, по итогам которого принято решение о приобретении специализированного программного продукта TechCARD минской компании НПП «Интермех».

Сначала компания-разработчик предложила поставить демо-версию на полгода для углубленного изучения. Конечно же, от такого предложения трудно было отказаться. Во время эксплуатации демо-версии специалисты вендора помогли разработать полный комплект бланков документации, настроить базу данных, решить массу организационных вопросов. Поэтому после заключения договора и обучения специалистов практически сразу сотрудники группы САПР стали осуществлять разработку технологических процессов в электронном виде.

В комплект автоматизированного места технолога входят следующие продукты: среда создания технологических процессов, среда создания эскизов на базе AutoCAD, электронный архив, а также редактор бланков и система управления базой данных.

Внедренное ПО — один из немногих продуктов для автоматизированного создания технологических процессов с учетом всех требований, предъявляемых ЕСТД. Можно сказать, что это продукт, который создавал технолог (имеется в виду стратегия продукта) для технологов, в отличие от принятой сейчас политики, когда продукт создают программисты, не представляющие, кто будет с ним работать.

Грамотно организованный алгоритм создания технологических процессов и поставляемые в стандартной комплектации базы данных позволили быстро освоить продукт и приступить к продуктивной работе над процессами. Предлагаемое готовое решение удалось очень легко адаптировать к особенностям конкретного предприятия. Это важно, поскольку на «Компоненте» технологический процесс имеет нестандартную структуру. Стандартная структура технологических процессов двухуровневая: «операция — переход», на «Компоненте» она трехуровневая: «операция — управляющая программа — переход» (рис. 4). С помощью TechCARD удалось очень легко справиться с этой проблемой, используя варианты операций.

Рис. 4. Доработка стандартной двухступенчатой схемы ТП до необходимой трехступенчатой

Необходимо также сказать о том, как создаются эскизы в новом приложении. Технологу нет теперь необходимости переходить в какое-либо CAD-приложение для создания геометрических описаний. Достаточно нажать пиктограмму загрузки редактора эскизов, чтобы вызвать AutoCAD с уже готовыми панелями пиктограмм, предназначенными именно для оформления эскиза (это всевозможные условные обозначения, соответствующие ГОСТу, а также «приятные мелочи», такие, например, как создание осей для отверстий одним движением мыши). Эскиз привязывается к конкретной операции, поэтому нет нужды где-то фиксировать эти данные. В любой момент технолог имеет возможность посмотреть, какие эскизы на какую операцию были созданы.

Положительные итоги

Спустя полгода после перехода на новую методологию время написания технологических процессов сократилось до шести-восьми дней, а редактирование технологических процессов, даже самое радикальное, занимает теперь максимум три-четыре часа. Благодаря электронному архиву все технологические процессы архивируются, поэтому удаление, дублирование, а также несанкционированное редактирование в принципе невозможно.

Еще один положительный момент — упорядочивание последовательности действий как программиста, так и оператора станка. Все нормативные документы, регламентирующие работу оборудования с ЧПУ, давно устарели, поэтому параллельно с ССП приходится создавать новые схемы работы и передачи технологических процессов и управляющих программ, организовывать архивы хранения программ, их редактирование и резервное копирование.

В начале создания ССП казалось, что эта работа нацелена только на конкретный участок станков с ЧПУ, а на самом деле она коснулась всех связанных с ним подразделений. И это вполне логично. Современное оборудование требует и современного режущего инструмента. Его подготовка требует определенных навыков и знаний, поэтому возникла реальная потребность в специалисте по подготовке режущего инструмента. Высокая сложность изготавливаемых деталей и жесткие допуски на размеры требуют соответствующего контрольного оборудования, позволяющего быстро и с высокой точностью производить контроль выпускаемой продукции. Все эти проблемы надо решать, и довольно оперативно. Поскольку система сквозного проектирования основана на САПР высокого уровня, возможна разработка деталей любой сложности, это не повлечет никаких изменений в структуре подготовки производства и не потребует замены или серьезной модернизации существующего САПР.

Внедрение ССП связано с серьезными материальными затратами, и вполне естественно желание поскорее получить экономическую отдачу. По прошествии двух с лишним лет можно с уверенностью сказать, что экономический эффект налицо. Как ни парадоксально, но в нашем случае сокращение машинного времени не является главным показателем внедрения ССП. Основной экономический эффект получен на этапе подготовки производства.

Именно минимизация периода подготовки производства приводит к сокращению времени вывода изделия на рынок. В нынешних условиях конкуренции этот факт может стать решающим при заключении выгодных контрактов.

Очень важно и то, что с внедрением ССП начала меняться психология сотрудников. Они почувствовали личную ответственность за свою работу. Это необычайно важно, поскольку без этого даже самая совершенная система не даст ожидаемого эффекта.

Завод «Компонент»

Открытое акционерное общество «Завод «Компонент» является правопреемником государственного завода «Компонент», существующего в Зеленограде с 1964 года как предприятие в составе Министерства электронной промышленности СССР. Выпущенной на заводе космической микроэлектронной аппаратурой были оснащены космические станции типа «Салют», «Мир» и спутники специального назначения. В середине 70-х годов завод начал выпуск семейства изделий правительственной связи «Сургут», которые надежно работают до настоящего времени. Здесь были разработаны и внедрены в серийное производство станции спутниковой связи — самолетные, автомобильные и железнодорожные.

Недавно предприятие приступило к выпуску суперсовременного комплекса из трех многоканальных переносных радиостанций симплексной связи, обеспечивающих обмен речевой информацией и телекодовыми сообщениями, работающих в разных диапазонах частот, и центральной радиостанции, обеспечивающей связь с ними, а также усилителя мощности, увеличивающего дальность работы радиостанций. Комплекс успешно прошел испытания в боевых условиях в Чечне.