Жизненный цикл промышленных изделий (ЖЦИ) включает ряд этапов, начиная от зарождения идеи нового продукта до его утилизации по окончании срока использования. Основные этапы жизненного цикла промышленной продукции представлены на рис. 1. К ним относятся этапы проектирования, технологической подготовки производства (ТПП), собственно производства, реализации продукции, эксплуатации и, наконец, утилизации (в число этапов жизненного цикла могут также входить маркетинг, закупки материалов и комплектующих, предоставление услуг, упаковка и хранение, монтаж и ввод в эксплуатацию).
Рассмотрим содержание основных этапов ЖЦИ для изделий машиностроения.
На этапе проектирования выполняются проектные процедуры — формирование принципиального решения, разработка геометрических моделей и чертежей, расчеты, моделирование процессов, оптимизация и т.п.
На этапе подготовки производства разрабатываются маршрутная и операционная технологии изготовления деталей, реализуемые в программах для станков ЧПУ; технология сборки и монтажа изделий; технология контроля и испытаний.
На этапе производства осуществляются: календарное и оперативное планирование; приобретение материалов и комплектующих с их входным контролем; механообработки и другие требуемые виды обработки; контроль результатов обработки; сборка; испытания и итоговый контроль.
На постпроизводственных этапах выполняются консервация, упаковка, транспортировка; монтаж у потребителя; эксплуатация, обслуживание, ремонт; утилизация.
Достижение поставленных целей на современных предприятиях, выпускающих сложные технические изделия, оказывается невозможным без широкого использования автоматизированных систем (АС), основанных на применении компьютеров и предназначенных для создания, переработки и использования всей необходимой информации о свойствах изделий и сопровождающих процессов. Специфика задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла изделий, обусловливает разнообразие применяемых АС.
На рис. 1 указаны основные типы АС с их привязкой к тем или иным этапам жизненного цикла изделий.
Автоматизация проектирования осуществляется САПР. Основная цель САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:
-сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
-сокращения сроков проектирования;
-сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
-повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;
-сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.
Достижение этих целей обеспечивается путем:
-автоматизации оформления документации;
-информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;
-использования технологий параллельного проектирования;
-унификации проектных решений и процессов проектирования;
-повторного использования проектных решений, данных и наработок с учетом оптимизации
-стратегического проектирования;
-замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;
-повышения качества управления проектированием;
Примеры:
1. 3D-модель автомобиля, созданная и визуализированная в программном пакете CATIA.
2. Визуализация результатов моделирования столкновения автомобиля с препятствием, выполненная в NTNU с использованием метода конечно-элементного анализа.
2. Анимированная модель поршневого двигателя, созданная в Autodesk Inventor
В САПР машиностроительных отраслей промышленности принято выделять системы функционального, конструкторского и технологического проектирования. Первые из них называют системами расчетов и инженерного анализа или системами CAE (Computer Aided Engineering)
Системы конструкторского проектирования называют системамиCAD (Computer Aided Design). Проектирование технологических процессов выполняется в автоматизированных системах технологической подготовки производства (АСТПП), входящих как составная часть в системы CAM (Computer Aided Manufacturing).
На большинстве этапов жизненного цикла, начиная с определения предприятий-поставщиков исходных материалов и компонентов и кончая реализацией продукции, требуются услуги системы управления цепочками поставок — Supply Chain Management (SCM).
В последнее время усилия многих компаний, производящих программно-аппаратные средства автоматизированных систем, направлены на создание систем электронного бизнеса (E-commerce). Они объединяют в едином информационном пространстве запросы заказчиков и данные о возможностях множества организаций, специализирующихся на предоставлении различных услуг и выполнении тех или иных процедур и операций по проектированию, изготовлению, поставкам заказанных изделий -CPC (Collaborative Product Commerce)
Управление в промышленности, как и в любых сложных системах, имеет иерархическую структуру. В общей структуре управления выделяют несколько иерархических уровней, показанных на рис. 2.
Информационная поддержка этапа производства продукции осуществляется автоматизированными системами управления предприятием (АСУП) и автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП).
К АСУП относятся системы планирования и управления предприятием ERP (Enterprise Resource Planning). Наиболее развитые системы ERP выполняют различные бизнес-функции, связанные с планированием производства, закупками, сбытом продукции, анализом перспектив маркетинга, управлением финансами, персоналом, складским хозяйством, учетом основных фондов и т.п.
Системы планирования производства и требований к материалам MRP-2 (Manufacturing Requirement Planning) и системы управления цепочками поставок SCM ориентированы, главным образом, на бизнес-функции, непосредственно связанные с производством. В некоторых случаях системы SCM и MRP-2 входят как подсистемы в ERP, в последнее время их чаще рассматривают как самостоятельные системы.
Промежуточное положение между АСУП и АСУТП занимает производственная исполнительная системаMES (Manufacturing Execution Systems), предназначенная для решения оперативных задач управления проектированием, производством и маркетингом.
В состав АСУТП входит система SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), выполняющая диспетчерские функции (сбор и обработка данных о состоянии оборудования и технологических процессов) и помогающая разрабатывать ПО для встроенного оборудования. Для непосредственного программного управления технологическим оборудованием используют системы CNC(Computer Numerical Control) на базе контроллеров (специализированных компьютеров, называемых промышленными), которые встроены в технологическое оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ). Системы CNC называют также встроенными компьютерными системами.
На этапе реализации продукции выполняются функции управления отношениями с заказчиками и покупателями, проводится анализ рыночной ситуации, определяются перспективы спроса на планируемые изделия. Эти функции возложены на системуCRM.
Функции обучения обслуживающего персонала выполняют интерактивные электронные технические руководстваIETM (Interactive Electronic Technical Manuals). С их помощью выполняются диагностические операции, поиск отказавших компонентов, заказ дополнительных запасных деталей и некоторые другие операции на этапе эксплуатации систем.
Управление данными в едином информационном пространстве на протяжении всех этапов жизненного цикла изделий возлагается на систему управления жизненным циклов продукции PLM (Product Lifecycle Management). Характерная особенность PLM — обеспечение взаимодействия различных автоматизированных систем многих предприятий, т.е. технологии PLM (включая технологии CPC) являются основой, интегрирующей информационное пространство, в котором функционируют САПР, ERP, PDM, SCM, CRM и другие автоматизированные системы.
Одной из главных тенденции современной индустрии информатики является создание открытых систем. Под этим понимается переносимость ПО на различные программные платформы и приспособленность к модификации и комплексированию с другими системами в целях расширения функциональных возможностей и придания системе новых качеств. Открытость подразумевает выделение в системе интерфейсной части (входов и выходов), обеспечивающей сопряжение с другими системами.
Основой создания открытых систем являются стандартизация и унификация в области информационных технологий. Если интерфейсные части выполнены с заранее оговоренными правилами и соглашениями, то создание новых сложных систем существенно упрощается. В вычислительной технике концепция открытости нашла выражение в эталонной модели взаимодействия открытых систем ЭМВОС, поддерживаемой рядом международных стадартов: интерфейсов прикладных программ API с операционным окружением, графического пользовательского интерфейса, хранения и передачи графических данных, построения баз данных и файловых систем (язык SQL) и пр.
Профилемоткрытой системы называют совокупность стандартов и др. нормативных документов, обеспечивающих выполнение системой заданных функции (напр. стандарты сетевого взаимодействия, язык SQL, спецификации Motif графического интерфейса, форматы IGES для MCAD, EDIF для ECAD).
