В последнее время всё больше предприятий активно вовлечены в процесс оптимизации производства с применением цифровых технологий. Степень цифровизации процессов проектирования, управления жизненным циклом изделий, трудовых ресурсов и финансовых потоков на таких предприятиях высока. Однако управление данными о материалах, используемых при разработке изделий, в полной мере не осуществляется. Связано это, преимущественно, с технической сложностью области, а также с тем, что на предприятии информацией о материалах зачастую владеют несколько подразделений, что усложняет её согласование и объединение. Несмотря на это, мировые тенденции цифровизации производства, взрывной рост объема данных о материалах, генерируемых на предприятиях, а также появление новых методов производства (например, аддитивные технологии) наглядно демонстрируют необходимость применения интегрированного решения по управлению данными о материалах.
Организации, занимающиеся разработкой изделий, рассматривают три основных аспекта будущего изделия: его форму, материалы, из которых он изготовлен, и то, как он будет изготавливаться. Принимая решение об этих факторах, заказчики компании Адванс Инжиниринг стремятся оптимизировать четвертый фактор: функциональность продукта (рис. 1).
Выбор материалов оказывает сильное влияние на способность изделия выполнять свои функции надежно, с минимальными затратами и с минимальным воздействием на окружающую среду. Этот фактор взаимосвязан с другими, позволяющими определить жизнеспособность и рентабельность производства, особенно сейчас, когда многие производители выбирают между “традиционным” и аддитивным вариантами производства изделий.
Материалы также являются одной из самых больших статей расходов для производственных предприятий после затрат на персонал. Тем не менее, хотя большинство предприятий справедливо инвестируют в ИТ для управления человеческими ресурсами, инвестиции в управление информацией о материалах по сравнению с ними невелики.
По наблюдениям специалистов Адванс Инжиниринг, основная причина заключается в том, что устаревшие общие подходы к базам данных не смогли поддерживать современные сценарии использования из-за сложности информации о материалах. Материал может определяться несколькими сотнями свойств или “атрибутов”, многие из которых являются узкоспециализированными по своей природе, способам измерения и регистрации. Многие из этих свойств также имеют свои собственные жизненные циклы, они изменяются с появлением новых результатов испытаний, производственной информации или в зависимости от внешних факторов, таких как законодательство или колебания стоимости. Это делает управление информацией о материалах совершенно другим по сравнению с управлением кадровыми или финансовыми ресурсами, или даже данными проектирования, которые имеют относительно мало свойств, несмотря на большие размеры файлов.
Многолетний опыт работы Адванс Инжиниринг с ведущим CAE-вендором, компанией Ansys, и продуктами Granta является наглядным свидетельством того, как значительно продвинулись технологии управления информацией о материалах за последнее десятилетие. В настоящее время многие предприятия авиакосмической отрасли, двигателестроения, вертолетостроения, автомобилестроения внедрили системы управления информацией о материалах и пользуются их преимуществами. К примеру, Rolls-Royce заявляет о ежегодной многомиллионной экономии средств, которую они получили за счет интегрированной программы управления информацией о материалах.
Информация о свойствах материалов чрезвычайно обширна, и типы данных, необходимые для её представления, разнообразны. Самым простым является список числовых значений, но даже они должны иметь соответствующие единицы измерения и степени точности. За ними следуют функциональные данные – они описывают изменчивость свойств материала в зависимости от таких параметров, как температура, давление или скорость деформации (рис. 2).
Создание структуры для эффективного хранения, управления и представления всех этих типов данных является сложной задачей. Другая проблема – возможность эффективно их искать. У пользователя может возникнуть необходимость спросить: “Какие алюминиевые сплавы, доступные на нашем заводе в Европе, имеют усталостную прочность не менее 300 МПа при 100 000 циклов при комнатной температуре?” Для успешного поиска и подбора материалов по запросам инженеров требуется специальный программный подход к материалам.
Еще одна сложность связана с тем, что информация о материалах не статична – она “живет” и регулярно обновляется. Жизненные циклы различных атрибутов одного и того же материала могут быть разными и не зависящими друг от друга. Некоторые из этих жизненных циклов свойств имеют прямое отношение к жизненным циклам изделий, состоящих из таких материалов. Например:
- Технические свойства, которые обновляются при появлении дополнительных результатов испытаний; за любым числом, используемым при проектировании, может лежать сеть из сотен связанных частей данных испытаний и результатов их обработки;
- Свойства, которые обновляются при смене поставщика или переработчика;
- Информация о ценообразовании, зависящая от рынка;
- Информация о законодательных актах, часто обновляемая государственными учреждениями и природоохранными органами.
Задачи, стоящие перед предприятиями
У инженеров-конструкторов, расчетчиков и менеджеров есть свои требования по применению информации о материалах в повседневных рабочих процессах. Эти требования могут показаться простыми: они хотят принимать правильные решения о материалах и изделиях на основе надежных данных, а также иметь возможность быстро получать эти данные в рамках отлаженных процессов. Но контекст, описанный выше, порождает некоторые реальные проблемы в достижении этой цели:
- Требуемые данные надо получать именно тогда и там, когда и где это необходимо
Например, каким образом пользователь CAD- или CAE-системы, не являющийся экспертом по материалам, сможет найти корректные входные данные для расчетов, не потеряв при этом значительного количества времени и не создав риска ошибок? - Согласованность в масштабах всего предприятия
Каким образом организация, в ходе уточнения описаний материалов и получения данных из нескольких источников, сможет гарантировать, что инженер-расчетчик, проводящий расчеты критически важного с точки зрения безопасности компонента изделия, и агент по закупкам, который позже должен получить партию этого материала, говорят об одном и том же материале? - Интеграция в бизнес-процессы и информационные системы
Для управления информацией о материалах требуются специальные программные инструменты. Но сами эти системы не должны становиться изолированными “хранилищами” информации. В частности, информация о материалах должна управляться в контексте решений, которые компания использует для управления жизненным циклом изделий (PLM). - Минимизация бизнес-рисков
Доставка нужных данных о материалах в нужное место для создания инноваций станет выигрышем для любого бизнеса. Но как это сделать, не подвергнув бизнес конкурентным рискам, если доступ к ценной интеллектуальной собственности не контролируется? Как мы можем избежать появления новых рисков, связанных с самими материалами (таких, как требования к содержанию веществ ограниченного применения), если информация о таких рисках отсутствует?
Система GRANTA MI
Для решения проблем управления информацией о материалах компанией Granta Design (сейчас входит в состав Ansys Inc.) был разработан инструмент Granta MI, предназначенный для управления жизненным циклом информации о материалах. Компания Адванс Инжиниринг сотрудничает с разработчиками этого программного обеспечения с 2016 года и предлагает своим заказчикам полный комплекс услуг:
- интеграция в цикл проектирования, принятый на предприятии;
- консалтинг;
- обучение персонала.
Granta MI является уникальным инструментом для создания консолидированного электронного банка данных предприятия на основе накопленной информации о материалах. В системе реализована возможность задания сложных, комплексных связей между данными самого разного рода. Благодаря таким связям обеспечивается полная прослеживаемость информации о материалах – от испытаний образцов до использования расчетных данных в численном моделировании. Контроль доступа обеспечивает предоставление пользователям только той информации, к которой у них есть доступ, а контроль версий позволяет отслеживать изменения в данных, при этом сохраняя всю историю изменений (рис. 3).
Кроме управления информацией о материалах, система Granta MI позволяет создавать и управлять рабочими процессами, связанными с получением, внесением, обработкой, экспортом и использованием этой информации (рис. 4).
Для каждого пользователя имеется подходящий веб-интерфейс или целевое приложение с функционалом, соответствующим его потребностям и должностным обязанностям (рис. 5).
История успеха: Rolls-Royce
Rolls-Royce – ведущая инжиниринговая компания, специализирующаяся на силовых и двигательных установках мирового класса.
Компания столкнулась с такими проблемами, как огромное количество данных о материалах, распределенное по многим источникам, а также невозможность управления сложными рабочими процессами сбора, анализа и использования данных, генерируемых в ходе испытаний, исследований и контроля качества. В отсутствие систематического подхода испытания зачастую дублировались, и 40% полученных результатов никогда не использовались повторно.
Еще одной ключевой проблемой являлось отсутствие прослеживаемости данных. Следствием всего этого стала невозможность обеспечения инженерных решений полным спектром информации об используемых материалах.
Внедрение системы Granta MI позволило сократить затраты на управление информацией о материалах на миллионы долларов. Согласно утверждению Rolls-Royce: “Granta MI предоставляет нам единый консолидированный источник информации о материалах, используемых в Rolls-Royce, объединяя различные материалы в единой, контролируемой среде”.
Решение на основе Granta MI:
- Granta MI Enterprise используется в качестве единого источника проверенной информации о материалах для более чем 2000 инженеров по всему миру;
- Использование модуля Restricted Substances (вещества ограниченного пользования) позволяет быстро оценивать риски, связанные с соответствием ключевых материалов и процессов требованиям регламентов, а также с изменением таких требований;
- Компания Rolls-Royce стала членом консорциума EMIT ( Environmental Materials Information Technology), занимающегося поиском практических решений для соответствия регулярно ужесточающимся требованиям регламентов.
Ключевые преимущества внедрения Granta MI:
- Задокументированная экономия средств в размере 10 млн. долларов в год, что является результатом экономии времени, оптимизации процессов и минимизации отходов.
- Появился единый консолидированный источник информации о материалах с контролируемым доступом для сотрудников Rolls-Royce по всему миру.
- Полная прослеживаемость информации о критических материалах.
- Повышение степени повторного использования результатов испытаний.
- Содействие отделам материаловедения в обеспечении соответствия требованиям регламентов.
История успеха: SAFRAN
Французский промышленный конгломерат Safran SA образовался в результате слияния в 2005 году производителя авиационных и ракетных двигателей Snecma и производителя электроники SAGEM. В 2018 году Safran взял под контроль авиакосмическую компанию Zodiac Aerospace. Основные направления деятельности: авиационные двигатели и оборудование, космос, оборона. Количество сотрудников – более 91 000 человек.
Внедрение Granta MI помогло Safran значительно ускорить разработку и сертификацию авиационных двигателей. Если до внедрения один двигатель сертифицировался в течение 10 лет, то за первые два года после внедрения было успешно сертифицировано три двигателя.
Примеры внедрения в России
ОДК-Авиадвигатель
Компания Адванс Инжиниринг внедрила систему Granta MI на предприятии ОДК-Авиадвигатель в рамках проекта по разработке турбовентиляторного двигателя ПД-14 для перспективного узкофюзеляжного самолета МС-21-300.
Заявленные цели внедрения:
- Консолидация всех проектных данных о материалах при разработке турбовентиляторного двигателя ПД-14 для самолета МС-21-300.
- Хранение результатов испытаний образцов из металлов и композитов в рамках специальной квалификации материалов ГТД.
- Хранение результатов статистической обработки и расчетных значений характеристик конструкционной прочности с возможностью экспорта в CAD/CAE/PLM-системы.
Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК)
Успешность внедрения и использования Granta MI в компании ОДК-Авиадвигатель, дочернем предприятии АО “Объединенная двигателестроительная корпорация”, повысила интерес корпорации к созданию единого источника данных о конструкционной прочности материалов для всех дочерних предприятий.
Поставленная задача: создать единый корпоративный электронный банк данных по свойствам конструкционных материалов АО “ОДК” на основе системы Granta MI по гражданской тематике для дивизионов “Двигатели для гражданской авиации”, “Вертолетные двигатели”, “Энергетические и промышленные программы”.
В конце 2018 года система Granta MI была выбрана в качестве отраслевого ПО для управления данными о материалах АО “ОДК”. Проект был успешно реализован специалистами компании Адванс Инжиниринг в сжатые сроки.
Результат: внедрение Granta MI позволило АО “ОДК” эффективно организовать рабочие процессы управления и использования информации о материалах.