Всем привет!
Предлагаю вашему вниманию небольшой цикл статей о технологиях, которые используются для цифровизации предприятий. Когда у компании появляется возможность эмулировать все свои бизнес-процессы в цифровой среде и уметь быстро их перестраивать на уже работающих системах.
В данной статье представлена общая информация о всех решениях. В следующих статьях будет представлена информация по продуктам отдельно, с учетом примеров реализованных проектов.
Термины и определения встречающиеся в статье
- PLM (Product Lifecycle Management) - система жизненного цикла изделия.
- MES (Manufacturing Execution System) - система управления производственными процессами. Также встречается определение
MOM (Manufacturing Operations Management) — управление производственным процессом на уровне операций - CAD (Computer-Aided Design) система автоматизированного проектирования
- СAM (Computer-Aided Manufacturing) - автоматизированная система, предназначенный для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ
- CAE (Computer-Aided Engineering) - общее название для программ и программных пакетов, предназначенных для решения различных инженерных задач: расчётов, анализа и симуляции физических процессов
- ERP (Enterprise Resource Planning) - система для планирование ресурсов предприятия
- IIoT (Industrial Internet of Things, IIoT) – промышленный интернет вещей. Это социальная сеть для умных подключенныех активов (вещей) предприятия, взаимодействующих не только с человеком, но и друг с другом, а также с информационными системами
- SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) - система для диспетчерского управление и сбора данных с оборудования
- CNC (Computer Numerical Control) - компьютерное числовое управление
- PLC (Programmable Logic Controller) - программируемый логический контроллер
- APS (Advanced Planning & Scheduling) - программное обеспечение для производственного планирования, главной особенностью которого является возможность построения расписания работы оборудования в рамках всего предприятия
Концепция цифровых двойников
Для работы предприятия все процессы необходимо выстроить в единой информационной среде. Для каждого процесса существует свои классы систем и конкретные наборы решений, позволяющих на разной "глубине" описать бизнес-процессы и выстроить обмен информацией между слоями систем.
- Цифровой двойник изделия
- Модель производства
- Цифровой двойник производственного процесса
- Цифровой двойник эксплуатации изделия
Системная инженерия
В данном бизнес-процессе решаются задачи по формированию модели изделия, проводится анализ характеристик и оптимизация параметров системы управления, уточняются требования к изделию. Для запуска процесса требуется лишь исходные и целевые характеристики нового изделия.
Используемые инструменты:
- CAE-система: Simcenter, Amesim, ANSYS, Femap, T-FLEX Анализ и др.
- PLM\PDM-система: Teamcenter
Результаты:
- Разработана системная модель изделия (moсkup), определена конструкция нового исполнения изделия на системном уровне (т.е. в виде логической схемы работы)
- Оптимизированы параметры модели и самой системы управления (т.е. как работает изделие)
Управление процессом разработки изделия
В данном процессе с помощью CAD систем производитель уже формирует точную 3D модель изделия и подбирает компоненты для ее производства. Проводится изменение конструкции и ее доработка. Модель в дальшейшем преобразуется в состав изделия из которого потом уже формируется конструкторская спецификация с учетом всех характеристик изделия. Все эти данные из модели синхронизируются и хранятся в PLM системе.
Используемые инструменты:
- CAD-система: Solid Works, Solid Edge, NX, Catia, AutoCAD
- PLM\PDM-система: Teamcenter или другие аналогичные системы для хранения данных об изделии
Результаты:
- Сформирована электронная 3D-модель изделия
- Точный состав нашего изделия в виде дерева сохранен в PLM системе. К каждому компоненту подобраны аналоги и назначены материалы для производства компонентов
Управление расчетными данными
В данном процессе с помощью CAD систем и отдельных модулей CAE систем мы проверяем модель на соответствие требованиям. Проводятся разные математические расчеты, позволяющие понять что изделие в реальной эксплуатции выдержит все необходимые нагрузки. Например проводятся тепловые расчеты узлов в новом исполнении нашего изделия или проверяются характеристики жесткости выбранного нами пластика или металла.
Используемые инструменты:
- CAD-система: Solid Works, Solid Edge, NX, Catia, AutoCAD
- CAE-система: Simcenter, Amesim, ANSYS, Femap, T-FLEX Анализ и др.
- PLM\PDM-система: Teamcenter или другие аналогичные системы для хранения данных об изделии
Результаты:
- Проверена и валидирована 3D-модель изделия и точный состав с учетом материалов
- Формируются результаты цифровых проверок и эмуляций. Данные показатели будут сравниваться с реальным изделием
Разработка эксплуатационной документации
В данном процессе как понятно из названия с помощью решения для разработки и публикации интерактивных 2D/3D каталогов деталей,
руководств по обслуживанию и ремонту, обучающих курсов
и технической документации формируется необходимая документация по изделию. Формируется каталог запасных и аналоговых частей. Обеспечивается автоматическое согласование CAD данных и ведомостей материалов при импортировании состава изделия в Cortona. Проводится выверка данных на соответствие техническому заданию.
Используемые инструменты:
- Cистемы: Cortona и др. аналогичные системы
- PLM\PDM-система: Teamcenter или другие аналогичные системы для хранения данных об изделии
Результаты:
- Подготовлена техническая документация, руководство по эксплуатации и ремонту
- Сформирован каталог запасных частей для нового исполнения изделия
Технологическая подготовка производства
На данном этапе мы в PLM системе описываем весь технологический процесс по созданию изделия. Описываются все операции по его сборке. Операции, которые выполняются на станках описываются в виде CAM-проектов и также сохраняются в PLM. По модели изделия и точной модели станка формируется кинематическая модель (т.к. как двигаться станку чтобы сделать изделие). Генерится управляющая программа и проводится виртуальная верификация программы. (Убеждаемся что написанный постпроцессов для станка действительно сможет сделать изделие).
Используемые инструменты:
- CAM-система: NX CAM, ArtCam, CAMworks, Catia, FeatureCAM, PowerMill и др.
- PLM\PDM-система: Teamcenter или другие аналогичные системы для хранения данных об изделии
Результаты:
- Верифицированная управляющая программа механической обработки для производства изделия
- Кинематическая модель станка на котором будет производится изделие
- Все данные хранятся в PLM среде и могут быть через сеть переданы на ЧПУ станок для запуска производства. Состав операций также описан в системе и CAM проекте.
Разработка сборочного технологического процесса
На данном этапе также в PLM системе описываются оставшиеся процессы по сборке изделия с учетом последовательности операций, используемых инструметов, выполнение операций персоналом, в определенных цехах на производстве. Также обновляется весь техпроцесс и технологические инструкции.
Используемые инструменты:
- Система: Cortona.
- PLM\PDM-система: Teamcenter или другие аналогичные системы для хранения данных об изделии
Результаты:
- Электронный технологический процесс сборки нового исполнения изделия с учетом последовательности
- Электронные интерактивные технологические инструкции
Моделирование производственных процессов
На данном этапе используется система, которая позволяет построить и оптимизировать производственные показатели на сборочной линии.
Т.е. формируется модель производства и всей производственной линии. Отрисовывается каждый участок и каждый станок, тележка и прочее задействованное оборудование. В моделе как объекты создается персонал и транспорт, а затем начинается "магия". Каждому объекту системы конструктор назначает показатели и задает события как этот объект ведет себя в общей системе координат. Каждой операции задается время, скорость, масса и все необходимые характеристики объекта. После внесения в модель (или импорта) всего этого объема информации уже запускается этап симуляции на месяцы вперед и тогда по завершению симуляции уже будет видно из отчетов как загружено оборудование, справилось ли производство с необходимым объемем и не ли в нашей цепочке "узких" мест.
Используемые инструменты:
- Система: Tecnomatix, DELMIA, FlexSim, Simio, Automod
- PLM\PDM-система: Teamcenter или другие аналогичные системы для хранения данных об изделии
Результаты:
- Построена модель производства в которой можно проводить симуляции
- Сформировано предложение по оптимизации производственной линии. Найдены "узкие" места или линия спроектирована заново
Планирование производства
На данном этапе данные о техпроцессе из PLM системы передаются в MES систему и проводится привязка к событиям на оборудовании. Формируется цифровой двойник производства с точки зрения процессов и выполняемых операций. При запуске производства факт выполнения операции или какого-то события виден в MES системе. В системе проводится расчет и оптимизация производственного плана сборочного производства с учетом нового исполнения изделия и нового заказа.
Используемые инструменты:
- MES-система: Opcenter EX, DELMIA Apriso и др.
- APS-система: Opcenter APS
- PLM\PDM-система: Teamcenter или другие аналогичные системы для хранения данных об изделии
Результаты:
- Возможность формировать производственный план
- Интегрированная MES-система с реальным производством
- Отслеживание системой факта выполнения конкретной операции на конкретном станке в определенном цехе
- Накопленная статистика по произведенной партии, отслеживание брака
На рисунке ниже представлен интерфейс MES системы Opcenter с указанием состава, операций и задействованных ресурсов при производстве. Система сама предлагает оптимальный план производства конкретного изделия с учетом мощностей и наличию на линии не занятых подходящих станков.
Управление послепродажным обслуживанием
На данном этапе с помощью систем мониторинга собирается и анализируются данные по эксплуатации изделия. На данном этапе доработываются приложения по управлению эксплуатацией. Исходя из данных становистя понятно на какую ревизию изделия, какие были поставлены компоненты и когда по времени. Отслеживается гарантия и используемые запасные части (номер изделия, партия, номера комплектующих).
Используемые инструменты:
- IIoT-cистема: Mindsphere, ThingWorx
- Low-cod платформы: Mendix, Creatio, WF Core, Salesforce Platform
Результаты:
- Доработанное приложение по управлению эксплуатацией изделия
- Мониторинг и предупредительное обслуживание
Выводы
Да выводов то практически и нет... Выстроить цивровое предприятие конечно возможно и уже по миру много примеров "best practices", но отмечу что это далеко не дешевое удовольствие с учетом стоимости программного обеспечения и его внедрению.
Среди отечественных систем просто нет аналогов некоторых классов систем, а то что есть, уступают и в производительности и в распространенности. Собственник неминуемо столкнется с проблемой квалифицированного ИТ персонала для поддержания всех систем.
Но системы с поэтапным внедрением, обучением персонала и ориентированности на оптимизацию бизнес-процессов на производстве позволит компании быстрее реагировать на изменения, скорее на рынок выводить новую продукцию и перестраивать производство по уже проверенным гипотезам и правилам. Безусловно, такой подход даст сильное конкурентное преимущество и большой задел на будещее. А системы... а что системы? Их также надо поддерживать, обновлять, чинить и следить за их состоянием как за всей жизнью в целом.
P.S. Ваш OSLABS
