Цифровые производства в машиностроении. Компьютеризация подготовки производства

1. Основы цифровых производств в машиностроении

Кутин Андрей Анатольевич
д.т.н., профессор, зав. кафедрой
«Технология машиностроения»

2. Содержание курса

Лекции – 40 часов
Практические занятия – 20 часов
Лабораторные работы – 20 часов
Домашнее задание
Экзамен

3. Литература

• Шишов О.В. Современные технологии
промышленной автоматизации. М.: Берлин, ДиректМедиа, 2015, 368 с.
• Zude Zhou, Shane Xie, Dejun Chan. Fundamentals of
Digital Manufacturing Science. Springer, 2012, 365 p.
• С.Г.Селиванов,
М.Б.Гузаиров,
А.А.Кутин
Инноватика:
Учебник
для
вузов.,
М.,
Машиностроение, 2013. -640 с.
• Статьи из журнала «САПР и графика»
тематическое приложение «Машиностроение»

4. Лекция 1

Цель и задачи курса.
Основные понятия и определения.

5. Основной целью освоения дисциплины является ознакомление с теоретическими основами и принципами проектирования цифровых

машиностроительных производств, освоение методик и инструментальных
средств построения цифровых производств на базе информационных и
производственных
технологий.
Основными задачами изучения дисциплины являются:
• изучение концепции информационной поддержки жизненного цикла
изделий,
• изучение принципов построения, возможностей, преимуществ и
недостатков основных отечественных и зарубежных систем
автоматизации производства,
• освоение методики сквозного автоматизированного конструирования
изделий, проектирования технологических процессов изготовления и
цифрового производства,
• формирование навыков компоновки производственных групп цифрового
оборудования с помощью графического 3D моделирования.
• формирование навыков проектирования автоматизированных рабочих
мест цифрового машиностроительного производства.

6. Понятие цифрового производства

• В большинстве случаев под термином «цифровое производство»
подразумевается
информационная
(электронная)
модель
высокотехнологичного производства, охватывающая основные
направления перспективных производственных технологий, новых
материалов и информационно-коммуникационного обеспечения.
Эта модель включает в себя информацию обо всех процессах,
протекающих на производстве, а также весь объем информации об
изделии, который можно распределить по этапам жизненного цикла
изделия:
• конструкторские и технологические данные ;
• производственные данные и данные о качестве;
• логистические данные;
• эксплуатационные данные;
• экономические данные.

7. Основные понятия и определения .

Основные понятия и определения
• CAD – Computer Aided Design – компьютерное
конструирование
.
• CAE – Computer Aided Engineering –
компьютерное проведение инженерных
расчетов
• CAPP – Computer Aided Process Planning –
компьютерное проектирование технологических
процессов
• CAM – Computer Aided Manufacturing –
компьютерное программирование станков с
ЧПУ

8. Основные понятия и определения

CRM (Customer Relationship Management) - система
управления взаимоотношениями с клиентами
SCM (Supply Chain Management) - система управления
цепочкой поставок как внутри предприятия, так и за его
пределами
MES ( Manufacturing Execution System) —
исполнительная система производства
IETM — (Interactive Electronic Technical Manual) ИЭТР — интерактивные электронные технические
руководства

9. Основные понятия и определения

Project Management Manufacturing Resource Planning –
управление проектами и ресурсами
Configuration Management (CM) – управление
конфигурацией
Integrated Logistic Support (ILS)– интегрированная
логистическая поддержка
Интегрированная информационная среда –
совокупность распределенных баз данных, содержащих
сведения об изделиях, производственной среде,
ресурсах и процессах предприятия
Электронный документ – структурированный набор
данных, включающий в себя заголовок,
содержательную часть и электронно-цифровую подпись

10. Основные понятия и определения

PDM-система (Product Data Management) — система
управления данными об изделии
PLM - система (Product Lifecycle Management) –
система, реализующая технологию управления
жизненным циклом изделий
MRP II (Manufacturing Resource Planning) – управление
производственными ресурсами (планирование
производства, логистика, управление финансами и др.)
ERP (Enterprise Resource Planning) – управление
ресурсами предприятия

11. Эволюция машиностроительного производства

«Индустрия 2.0»:
«Индустрия 1.0»: электрификация:
внедрение
механизация:
конвейерного
замена
мускульной силы производства
на энергию пара
1784 г.
1870 г.
«Индустрия 3.0»:
автоматизация:
внедрение
роботизированных
систем с ЧПУ
1969 г.
«Индустрия 4.0»:
«умное
производство»
сегодня

12. Состояние вопроса

• В настоящее время исследования по прогнозированию создания
цифровых производств ускоренными темпами развиваются в
США в Американском оборонном исследовательском агентстве
(DARPA), в Германии в Фраунхоферском институте
автоматизации и организации производства (IFF, г.Магдебург), в
Нидерландах в компании Oce Technologies и других научных
центрах.
• Компанией Siemens разработана программа “Industry 4.0”, в КНР
программа «Производство 2025»,которые определяют основную
концепцию развития цифровых производств.
• В Российской Федерации также проводятся аналогичные
исследования, но пока без системной увязки всех технологий и
процессов, реализуемых в цифровом производстве

13. Информационная модель производства

• Основной
целью
построения
информационной
модели
производства является установление количественных и
логических связей между переменными, характеризующими
состояние
контролируемых
показателей
деятельности
предприятия и его участков. Под этими переменными
понимаются параметры изделия (конструкторские данные),
контролируемые
параметры
технологических
процессов,
производственные данные (информация, связанная с обработкой,
сборкой, транспортированием, хранением изделий).
• Разработка информационной модели машиностроительного
предприятия заключается в тщательном исследовании реальных
информационных
потоков
в
производстве,
алгоритмов
переработки информации и объектов автоматизации с целью
совершенствования
информационной
системы,
выбора
технических средств механизации и разработки принципов
автоматизированной системы управления предприятием

14. Модель цифрового производства

15. Цифровой макет предприятия

• Цифровой
макет
предприятия
определяет
информационные
связи
между
элементами
производственной
системы
предприятия
при
выполнении производственной программы, которые
используются при структурном моделировании
технологической, транспортной и других подсистем.
На рисунке
приведен пример цифрового макета
предприятия, на котором стрелочками обозначены
логистические связи элементов технологической и
транспортной
подсистем,
возникающие
при
производстве конкретного изделия.

16. Цифровой макет предприятия

17. Комната виртуальной реальности с использованием технологий Capturing Motion

18. Вставка сборок оборудования производственных участков в строительную часть корпуса

19. Этапы жизненного цикла изделия и их компьютерная поддержка

20. Лекция 2

• Компьютеризация подготовки
производства

21. Эволюция бизнеса цифрового производства

•Продажи
•Логистика
•Высокий
•Сервисное сопровождение
•Логистика
•Маркетинг
•Снабжение
•Уровень цифрового проникновения
•Сервисное сопровождение
•Снабжение
•Производство
•Низкий
•Производство
•Проектирование
•Проектирование
•Автоматизация
•проектирования и
производства
•Автоматизированно
е конструирование и
производство
•1970
•1980
•199
0
•Маркетинг
•Маркетинг
•Снабжение
•Снабжение
•Производство
•Производство
•Проектировани
е
•Проектирование
•Электронное
создание продукта
•Производство
•Проектирование
•Цифровые
двойники и
совместное
проектирование
•2000
•201
0
•Совместное
управление
жизненным циклом и
цифровой облачный
бизнес
•202
0

22. Задачи САПР ТПП

создание всего технологического процесса или отдельных операций и
переходов;
поиск и выбор режущего и вспомогательного инструмента,
оборудования,
стандартной
и
универсальной
оснастки
из
соответствующих библиотек;
генерацию по электронному маршруту маршрутных карт движения
изделий (заготовок, полуфабрикатов, деталей);
процедуры электронного согласования моделей, чертежей, эскизов,
документов и маршрутов;
процедуры проведения изменений;
получение сводной информации по используемым материалам для
изготовления изделий;
проектирование чертежей оснастки;
разработку управляющих программ станков ЧПУ основного и
вспомогательного производства.

23. Назначение САПР ТПП

• В целом задача автоматизации подготовки производства
заключается в том, чтобы обеспечить создание цифровых образов
изделий,
их
прототипов,
чертежей
и
документации,
формирование программ для станков с ЧПУ, автоматизированных
и автоматических технологических линий, раскроя листового
металла, подбора заготовок, а также данных для расчёта
трудозатрат на изготовление деталей.
• Виртуальный
образ
детали,
созданный
с
помощью
информационных технологий и программных инструментов,
должен быть автоматически описан в файлах-спецификациях и
воплощаться в чертежи. В свою очередь цифровые чертежи и
трёхмерные цифровые описания деталей должны служить
исходными данными для программ управления оборудованием и
различных экономико-производственных расчётов.

24. Этапы реализации САПР ТПП

• внедрить в технических подразделениях предприятия единую
технологию проектирования и подготовки производства;
• внедрить технологию управления инженерными данными,
конфигурациями изделий в единой базе данных предприятия;
• осуществить подключение пользователей автоматизированных
подразделений к локальной или корпоративной вычислительной
сети;
• внедрить систему электронного технического документооборота
и управления потоком работ в процессах конструкторскотехнической подготовки производства;
• обеспечить обучение или переподготовку персонала;
• произвести техническое перевооружение автоматизируемых
подразделений;

25. Основные мировые фирмы по САПР

№ Фирма разработчик САПР
Основные
продукты
Стоимость, млн.
долл. США
1
Dassault Systemes
(France/USA)
CATIA
ENOVIA (PDM)
Solid Works
2614.0
2
Autodesk (USA)
Autоdesk Inventor
AutoCAD 360
Delcam
2312.2
3
Siemens PLM
(Germany/USA)
1768.4
NX
Solid Edge
Team center (PDM)
4
PTC (USA)
Creo Parametric
Creo Simulation
1 257.2

26. Основные российские фирмы по САПР

№ Фирма разработчик САПР
Основные
продукты
Стоимость, млн.
рублей
1
Аскон
Компас 3D
Лоцман
Вертикаль
983.0
2
Топ-системы
T-Flex 3D
T-Flex DOCs
700.2
3
ЛЕДАС
Компоненты к
зарубежным
САПР
Нет данных
4
Нонософт
НаноCAD
Нет данных

27. Управление ресурсами предприятия (ERP)

• Система класса ERP - это корпоративная информационная система
для автоматизации планирования, учета, контроля и анализа всех
основных бизнес-процессов и решения бизнес задач в масштабе
предприятия. ERP-система помогает интегрировать все отделы и
функции компании в единую систему, при этом все департаменты
работают с единой базой данных и им проще обмениваться между
собой разного рода информацией.
• ERP система включает в себя различные функциональные модули:
бухгалтерский и налоговый учет, управление складом,
транспортировками, кадровый учет, управление взаимоотношениями с
клиентами. Различные программные модули позволяют заменить
устаревшие разрозненные информационные системы по управлению
логистикой, финансами, складом, проектами. Вся информация
хранится в единой базе данных, откуда она может быть в любое время
получена по запросу

28. Состав системы ERP

29. Бюджетное и стратегическое планирование

• Формулирует стратегические цели и долгосрочные пути развития
компании в виде мероприятий (проектов) по отношению к
внешней (поставщики, клиенты) и внутренней (маркетинг,
закупки, производство, продажи) среде.
• Распределяет ответственность структурных подразделений
компании за инвестиции, прибыль, доходы и расходы, позволяет
точно спланировать финансовый результат и проконтролировать
отклонение в его достижении по итогам периода. Определить,
какие ресурсы, в каких объёмах и для чего расходуют
подразделения компании. Связывает производимые расходы с
достижением стратегических целей компании, например: объём
продаж, прибыль, свободный денежный поток, стоимость
компании.

30. Логистика

• С позиции менеджмента организации логистику можно
рассматривать как стратегическое управление
материальными потоками в процессе снабжения:
закупки, перевозки, продажи и хранения материалов,
деталей и готового инвентаря (техники и проч.).
Понятие включает в себя также управление
соответствующими потоками информации, а также
финансовыми потоками. Логистика направлена на
оптимизацию издержек и рационализацию процесса
производства, сбыта и сопутствующего сервиса как в
рамках одного предприятия, так и для группы
предприятий.

31. Управление персоналом

• Подсистема
управления
и
учета
персонала
осуществляет:
организацию
найма
персонала,
организацию собеседования, оценки отбора и приема
персонала, учет приема, перемещений, поощрений и
увольнения
работников,
профессиональную
ориентацию
и
организацию
рационального
использования персонала, управление занятостью,
делопроизводственное
обеспечение
системы
управления персоналом.

32. Управление производством

• Планирование выпуска продукции в соответствии с планами продаж,
проектами, заказами.
• Формирование производственных планов цехов по всей
технологической цепочке создания продукции.
• Планирование потребностей в материалах, сырье, комплектующих,
рабочей силе, оборудовании.
• Расчет плановых затрат на производство продукции и ее
рентабельности.
• Оперативное планирование производства и диспетчирование.
• Производственный учет - учет движения материалов и покупных
комплектующих, деталей и сборочных единиц в производстве.
• Учет фактических затрат на производство продукции и калькуляция
ее фактической себестоимости.
• План/факт анализ производственной деятельности предприятия.

33. Положительные стороны внедрения ERP системы на предприятии

сокращение уровня страховых запасов;
своевременность пополнения материально-технических ресурсов;
повышение оборачиваемости оборотных средств;
сокращение неликвидных запасов и числа неплановых закупок;
повышение объемов производства и повышение эффективности
эффективный контроль расхода материалов;
повышение эффективности ценообразования;
снижение трудозатрат на формирование бухгалтерской
отчетности

34. Отличие систем ERP от MRP 2

• Поддержка различных типов производств (сборочного,
обрабатывающего и др.) и видов деятельности предприятий и
организаций
• Поддержка планирования ресурсов по различным направлениям
деятельности предприятия (а не только производства продукции).
• ERP-системы ориентированы на управление "виртуальным
предприятием" (отражающим взаимодействие производства,
поставщиков, партнеров и потребителей).
• В ERP-системах больше внимания уделено финансовым
подсистемам.
• Повышенные требования к инфраструктуре
• Повышены требования к интегрируемости ERP-систем с
приложениями, уже используемыми предприятием

35. Наиболее распространенные в России системы класса ERP

SAP R/3 (24% в мире и 50% в России)
Oracle Applications (14% в мире и 7% в России)
Dynamics Ax компании Microsoft (11% в мире и 4% в России)
1С: Предприятие 8 (20% в России)
Галактика (5% в России)
T-Flex PLM
Парус
Cognos

36. Система управления взаимоотношениями с клиентами (CRM)

• CRM - прикладное программное обеспечение для организаций,
предназначенное для автоматизации стратегий взаимодействия с
заказчиками (клиентами), в частности, для повышения уровня
продаж, оптимизации маркетинга и улучшения обслуживания
клиентов путём сохранения информации о клиентах и истории
взаимоотношений с ними, установления и улучшения бизнеспроцессов и последующего анализа результатов
• Основной целью внедрения, как правило, ставится увеличение
степени удовлетворённости клиентов за счёт анализа накопленной
информации о клиентском поведении, регулирования тарифной
политики, настройки инструментов маркетинга
• Основные продуценты Salesforce.com (14 %), SAP (12,9 %) и
Oracle (11,1 %)[

37. Классификация и функциональность

• Управление продажами (SFA — Sales Force Automation)
• Управление маркетингом
• Управление клиентским обслуживанием и колл-центрами
Стандартная функциональность CRM-системы включает в себя базу
данных по продуктам, услугам и ценам компании, информацию о
состоянии рынка и конкурентах; систему планирования
деятельности; модули управления контактами, управления
оперативными взаимодействиями с клиентами, управления
заключенными сделками и потенциальными сделками; содержит
инструменты для проведения телемаркетинга, генерации отчетов;
обеспечивает автоматическую подготовку коммерческих
предложений, позволяет проводить анализ и сегментацию целевой
аудитории, создавать списки потенциальных клиентов и
распределять их между торговыми представителями, планировать
проведение маркетинговых кампаний и исследований и
анализировать их результаты.

38. Классификация по уровням обработки информации

Операционный CRM — регистрация и оперативный доступ к
первичной информации по событиям, компаниям, проектам,
контактам
• Аналитический CRM — отчётность и анализ информации в
различных разрезах (анализ результатов маркетинговых
мероприятий, анализ эффективности продаж в разрезе продуктов,
сегментов клиентов, регионов и др.).
• Коллаборативный CRM
— уровень организации тесного
взаимодействия с конечными потребителями, клиентами, вплоть
до влияния клиента на внутренние процессы компании (опросы,
для изменения качеств продукта или порядка обслуживания, вебстраницы для отслеживания клиентами состояния заказа,
уведомление по SMS о событиях, связанных с заказом или
лицевым счётом).

39. Лекция 3

Концепция построения системы
управления жизненным циклом
изделия на примере системы
T-Flex PLM +

40. Традиционный подход к автоматизации

•Управление проектами (PM)
•Управление взаимоотношениями
•с клиентами (CRM)
•Офисный (канцелярский)
документооборот (Workflow)
•Собственные
•информационные системы
•Пользователи и доступ
•Файлы
•Почта
•Архив документов
•Отчёты
•Поиск
•Бизнес-процессы
•Администрирование
•Пользователи и доступ
•Файлы
•Почта
•Архив документов
•Отчёты
•Поиск
•Бизнес-процессы
•Администрирование
•Пользователи и доступ
•Файлы
•Почта
•Архив документов
•Отчёты
•Поиск
•Бизнес-процессы
•Администрирование
•Пользователи и доступ
•Файлы
•Отчёты
•Поиск
•Бизнес-процессы
•Администрирование
•Учётная (складская) система
•Пользователи и доступ
•Файлы
•Почта
•Архив документов
•Отчёты
•Администрирование
•Технический
•документооборот (PDM)
•Пользователи и доступ
•Файлы
•Почта
•Архив документов
•Отчёты
•Поиск
•Бизнес-процессы
•Администрирование
•Пользователи и доступ
•Файлы
•Почта
•Архив документов
•Отчёты
•Поиск
•Бизнес-процессы
•Администрирование
•Конструкторскотехнологическая подготовка
•производства (CAD+CAPP)
•Файлы
•Архив документов
•Отчёты
•Пользователи и доступ
•Файлы
•Почта
•Архив документов
•Отчёты
•Поиск
•Бизнес-процессы
•Администрирование
•Оперативнокалендарное
планирование (MES)
•Управление ТО и ремонтом оборудования

41. Традиционный подход к автоматизации

•Управление проектами (PM)
•Пользователи и
доступ
•Управление взаимоотношениями
•с клиентами (CRM)
•Файлы
•Почта
•Технический
•документооборот (PDM)
•Архив документов
•Отчёты
•Администрирование
•Пользователи и доступ
•Файлы
•Почта
•Архив документов
•Отчёты
•Пользователи и доступ
•Поиск
•Офисный (канцелярский)
документооборот (Workflow)
•Файлы
•Почта
•Бизнес-процессы
•Администрирование
•Архив документов
•Отчёты
•Поиск
•Бизнес-процессы
•Администрирование
•Пользователи и доступ
•Конструкторскотехнологическая подготовка
•производства (CAD+CAPP)
•Файлы
•Почта
•Архив документов
•Собственные
•информационные системы
•Отчёты
•Поиск
•Файлы
•Бизнес-процессы
•Администрирование
•Архив
документов
•Пользователи и доступ
•Файлы
•Отчёты
•Поиск
•Бизнес-процессы
•Администрирование
•Учётная (складская) система
•Отчёты
•Пользователи и
доступ
•Файлы
•Почта
•Оперативнокалендарное
планирование (MES)
•Архив документов
•Отчёты
•Поиск
•Бизнес-процессы
•Администрирование
•Управление ТО и ремонтом оборудования

42. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM

43. Структурированное хранилище – архив предприятия

44. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM

45. Примеры пользователей

•Консольно-поворотный механизм
•ОАО "Сибэлектротерм", г. Новосибирск
•Газо-дизельная автономная электростанция
•ЗАО НПП «Интерэнерго»
•Интерферометр
•ФГУП ЦКБ «Точприбор», г. Новосибирск
•Конвейер
•ОАО «НПО «СИБСЕЛЬМАШ»
•Блок привода
•ОАО «Анжеромаш»
•Редуктор конический
•ООО «Армтехстрой»

46.

•Интеграция с CAD системами
T-FLEX CAD
• AutoCAD
Autodesk
Inventor
• Solid Works
Pro/E
NX
(Unigraphics)
…

47. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM

48. Состав изделия в системе T-FLEX DOCs

49. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM

50. Ведение номенклатуры изделий

51. Ведение корпоративных справочников

52. Ведение корпоративных библиотек

53. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM

54. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM

55. Технологическая подготовка производства

56. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM

57. Подготовка программ для станков с ЧПУ

58. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM

59. Эксплуатация и послепродажное обслуживание

60. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM
•PLM
+

61. Офисный и канцелярский документооборот

62. Организационно-распорядительный документооборот и оперативное управление

63. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM
•PLM
+

64. Управление взаимоотношениями с клиентами (CRM)

65. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM
•PLM
+

66. Оперативное управление проектами

•Процесс управления проектами представляется руководителю в простом
и наглядном виде диаграммы Ганта

67. Оперативное управление проектами

•Отслеживание процесса реализации проекта на диаграмме Ганта

68.

•Управление подготовкой производства

69. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM
•PLM
+

70. Оперативно-календарное планирование

71. Оперативно-календарное планирование

72. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM
•PLM
+

73. Техническое Обслуживание и Ремонт

Назначение
Управление процессами обслуживания оборудования и
других сложных промышленных объектов на всем
периоде эксплуатации
Решаемые задачи
Разработка нормативной документации по ТОиР
Формирование планов ТОиР
Управление процессом ТОиР
Формирование планово-отчётной документации по ТОиР

74. Выходные документы ТОиР

75. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM
•PLM
+

76. Складской учёт и управление закупками

77. Документы склада

78. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM
•PLM
+

79.

•Создание собственных информационных систем,
справочников, интерфейсов.

80. Организация работы отдела маркетинга

81. T-FLEX PLM+ 2014

•PLM
•PLM+