Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ задач автоматизации технологического проектирования в позаказном промышленном производстве 18
1.1. Мебельное предприятие как объект автоматизации 20
1.2. Особенности конструкторского и технологического проектирования изделий корпусной мебели 25
1.3. Позаказное промышленное производство и принципы его автоматизации 29
1.4. Автоматизация технологического проектирования в условиях по-заказного промышленного производства 34
1.5. Анализ возможностей существующих САПР корпусной мебели 38
1.5.1. Специализированные САПР корпусной мебели 39
1.5.2. Автоматизация технологического проектирования в САПР корпусной мебели 45
Выводы по первой главе 48
Глава 2. Автоматизация технологического проектирования на основе концепции безошибочного проектирования и производства 50
2.1. Основные положения концепции безошибочного проектирования и производства 50
2.2. Объектные структурно-атрибутивные модели и уровни абстрагирования 52
2.3. Инжиниринг и реинжиниринг моделей 58
2.4. Конструкторско-технологические требования и ограничения 61
2.5. Информационная инфраструктура мебельного предприятия 65
2.6. Уровни интеграции конструкторского и технологического проектирования на основе объектных структурно-атрибутивных моделей . 68
2.6.1. Технологические аспекты конструирования 69
2.6.2. Синтез технологических проектных решений 74
2.6.3. Конструирование и раскрой материалов 77
2.6.4. Проектирование управляющих программ 79
2.6.5. Автоматизированное проектирование и управление проектными работами 83
Выводы по второй главе 85
Глава 3. Методы высокоуровневого моделирования объектов и процессов технологического проектирования корпусной мебели 87
3.1. Задачи технологического проектирования корпусной мебели 87
3.2. Структурно-атрибутивные модели как основа высокоуровневого моделирования объектов и процессов технологического проектирования 94
3.2.1.Использовании полихроматических графов 94
3.2.2. Моделирование уровней декомпозиции мебельного изделия 103
3.2.3. Информационная модель процесса технологического проектирования 108
3.2.4. Закономерности информационных процессов технологического проектирования 112
3.2.5. Оптимизация технологических решений на этапе инжиниринга 116
3.3. Автоматизация технологического проектирования на этапе реинжиниринга 123
3.4. О формировании технологической документации 129
3.5. Методика автоматизации технологического проектирования 135
3.6. Методология оценки технологичности мебельных изделий на основе объектных структурно-атрибутивных моделей 141
3.7. Инженерный экспресс-анализ мебельных изделий на этапе инжиниринга 149
3.7.1. Понятие и особенности экспресс-анализа мебельных изделий 151
3.7.2. Основные виды экспресс-анализа мебельных изделий 152
Выводы по третьей главе 156
Глава 4. Алгоритмы оптимизации раскроя материалов с учетом технологических аспектов позаказного промышленного производства 158
4.1. Общая постановка задачи раскроя материалов 158
4.2. Критерии оптимизации раскроя в позаказном промышленном производстве 164
4.3. Технологические параметры моделирования раскроя 167
4.4. Методика автоматизации проектирования раскроя материалов 170
4.4.1. Подготовка исходных данных 170
4.4.2. Редукция размерности задачи площадного раскроя 172
4.4.3. Приоритеты действия критериев оптимизации 177
4.4.4. Методы сортировки полос при проектировании раскроя 180
4.5. Интеграция проектирования раскроя с производством 184
4.5.1. Проектирование раскроя с использованием обрезков 184
4.5.2. Проектирование раскроя с использованием дополнительного списка деталей 187
4.5.3. Методика интеграции САПР раскроя в производственную среду предприятия 189
Выводы по четвертой главе 193 '
Глава 5. Концепция технологического сопутствия как основа интеграции САПР и систем управления проектными работами 194
5.1. Теоретические основы концепции технологического сопутствия . 195
5.1.1. Понятие сопутствующих элементов 195
5.1.2. Практическое построение структуры сопутствия 200
5.2. Инфологическое проектирование информационного обеспечения САПР 205
5.2.1. Принципы построения информационного обеспечения 206
5.2.2. Методика проектирования базы данных материалов 207
5.2.3. Методика проектирования базы данных операций 211
5.2.4. Структурирование элементов данных 213
5.2.5. Динамическое связывание данных 216
5.3. Автоматизация нормирования в структуре технологического проектирования 217
5.4. Моделирование технологического проектирования и оценка производственных возможностей мебельного предприятия 222
5.5. Интеграция технологического проектирования и производственной логистики 230
5.6. Методика практического применения концепции технологического сопутствия в САПР ТП 233
Выводы по пятой главе 237
Глава 6. Автоматизация конструкторского и технологического проектирования корпусной мебели в САПР «Базис» 239
6.1. Методика автоматизированного проектирования в САПР «Базис» . 240
6.1.1. Модульное построение САПР «Базис» 242
6.1.2. Автоматизированное проектирование прототипных моделей 245
6.1.3. Автоматизация реинжиниринга в системах Armario и ShDesign . 247
6.2. Автоматизация формирования конструкторско-технологической документации 253
6.3. Оптимизация раскроя материалов в модуле «Базис-Раскрой» 259
6.3.1. Методика формирования исходной информации и назначения параметров раскроя 261
6.3.2. Интерфейс формирования целевой функции и ограничений 266
6.3.3. Программное обеспечение раскроя материалов на основе объектного моделирования 268
6.4. Автоматизированное проектирование управляющих программ для станков с ЧПУ 272
6.5. Программная реализация концепции технологического сопутствия 277
6.5.1. Программное обеспечение баз данных 277
6.5.2. Алгоритмы и методика расчетов проектных показателей 281
6.6. Методика автоматизации информационно-логистической под держки мебельных изделий на основе функциональности САПР ТП . 285
6.7. Анализ практических результатов внедрения САПР «Базис» 289
Выводы по шестой главе 293
Заключение 295
Библиографический список 300
- Автоматизация технологического проектирования в условиях по-заказного промышленного производства
- Информационная инфраструктура мебельного предприятия
- Закономерности информационных процессов технологического проектирования
- Автоматизация нормирования в структуре технологического проектирования
Введение к работе
Актуальность темы. Основной задачей современного мебельного производства является обеспечение гарантированного сбыта продукции в условиях жесткой конкуренции на рынке и постоянно возрастающих требований к качественным, эстетическим и экономическим показателям корпусных мебельных изделий и ансамблей (КМИА). Добиться эффективного совмещения таких противоречивых показателей не представляется возможным в рамках традиционных для мебельной промышленности серийного, массового или индивидуального типов производства. Этим объясняется широкое распространение позаказ- ного промышленного производства (ППП), к внедрению которого полностью или частично вынуждены переходить мебельные предприятия. Сочетая в себе возможности удовлетворения индивидуальных запросов с промышленными технологиями изготовления изделий, оно предъявляет повышенные требования к техническому оснащению производства и средствам автоматизации конструкторского и технологического проектирования.
Одной из особенностей ППП является прямое включение потребителя на начальном этапе жизненного цикла мебельного изделия (ЖЦМИ) в качестве источника первичной информации. Это приводит к существенному увеличению объема информации, подлежащей осмыслению, переработке и управлению, а, следовательно, к необходимости глубокой информационной интеграции математических моделей концептуального, конструкторско-дизайнерского и технологического проектирования. Все формируемые модели должны автоматически анализироваться на технологическую допустимость в рамках конкретного производства, что фактически означает необходимость перехода к высокоуровневому моделированию и расширению используемых моделей аспектами, отражающими специфику объектов проектирования.
В этой связи становится актуальной постановка и решение научной проблемы - формирование и теоретическое обоснование новых подходов к автоматизации конструкторско-технологического проектирования корпусной мебели для использования в условиях ППП. Анализ распространенных коммерческих САПР мебельных изделий показывает ограниченность их возможностей для эффективного решения данной задачи, что объясняется рядом свойственных им существенных ограничений. Это, прежде всего, - базирование на геометрической парадигме проектирования, отсутствие учета специфики ППП, низкий уровень информационной интеграции этапов ЖЦМИ, отсутствие алгоритмического контроля корректности проектных решений, выполнение большинства конструкторско-технологических операций на низком уровне абстракции в пространстве исполнительных координат.
Для реализации стратегии построения единого информационного пространства предприятия, в котором конструкторские и технологические САПР являются базовыми функциональными системами, необходимо осуществить переход от геометрических моделей КМИА к объектным структурно- атрибутивным моделям (ОСАМ) высокого уровня абстракции, которые на эскизном уровне информационного представления включают в себя конструкторские и технологические аспекты.
Актуальность темы диссертации определяется необходимостью разработки научных основ, математических моделей, алгоритмов, методов и практических подходов для реализации САПР мебельных изделий, интегрирующих этапы конструкторского и технологического проектирования на основе единых унифицированных принципов информационного обмена.
Объектом исследования является система автоматизации технологического проектирования корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства.
Предмет исследования - процессы, методы, модели и алгоритмы для автоматизации технологического проектирования изделий и процессов в комплексной САПР корпусной мебели.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка концептуальных основ, методов, математических моделей, алгоритмов и программных средств автоматизации технологического проектирования корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные исследовательские задачи:
-
Провести анализ современного состояния автоматизации проектирования КМИА, сформулировать требования и предложить новый методологический подход к построению автоматизированных систем конструкторско- технологического проектирования, учитывающий особенности позаказного промышленного производства.
-
В рамках предложенного подхода разработать высокоуровневые модели объектов и процессов технологического проектирования корпусной мебели, отражающие иерархическую декомпозицию изделий.
-
На основе разработанных методов и моделей предложить алгоритмы анализа и синтеза технологических проектных решений в САПР корпусной мебели для позаказного промышленного производства.
-
Сформировать концепцию технологического сопутствия, как способа интеграции разнородной проектной информации в рамках единой модели объекта проектирования.
-
Разработать методику и алгоритмы оценки технологичности проектных решений на основе высокоуровневых моделей корпусной мебели.
-
Предложить усовершенствованные алгоритмы для оптимизации раскроя материалов по совокупности геометрических и технологических критериев, позволяющие получать решения с требуемыми свойствами.
-
Разработать математическое, информационное, программное и методическое обеспечение САПР мебельных изделий, предназначенной для повышения эффективности технологического проектирования и снижения роли субъективных факторов в условиях позаказного промышленного производства.
-
Провести апробацию предложенных научно-теоретических положений с целью подтверждения их достоверности и практической работоспособности путем разработки специализированных компонентов САПР и внедрения их на мебельных предприятиях и в высших учебных заведениях.
Методы исследования. В диссертационной работе для решения поставленных задач используются методы теории автоматизированного проектирования, теории полихроматических графов, вычислительной и дискретной математики, математического программирования, теории множеств и современных технологий программирования. Методологической основой исследований являются системный подход и теория многоагентных систем.
Научная новизна результатов диссертационного исследования, полученных при решении перечисленных выше задач, заключается в следующем:
-
-
Предложены высокоуровневые ОСАМ корпусной мебели, включающие технологические аспекты объектов, что позволяет формализовать описание задач технологического проектирования на уровне эскизных координат, и обеспечивает высокую степень автоматизации выполнения проектных операций при переходе к исполнительным координатам.
-
Разработаны методология и алгоритмы моделирования процессов технологического проектирования КМИА на основе теории полихроматических графов, отражающие иерархическую декомпозицию изделия по конструктивно- технологическим критериям и обеспечивающие возможность автоматического синтеза проектных решений в САПР корпусной мебели.
-
Разработана концепция технологического сопутствия, моделирующая взаимосвязанное множество разнородной проектной информации, что позволяет реализовать интеграцию САПР и систем управления проектными работами.
-
Предложены методы оптимизации технологических проектных решений на этапах инжиниринга и реинжиниринга изделий корпусной мебели.
-
Разработана методология оценки технологичности и инженерного экспресс-анализа КМИА на основе высокоуровневых моделей объектов, отличающаяся инвариантностью по отношению к типу и структуре изделий.
-
Усовершенствованы алгоритмы формирования оптимальных карт раскроя материалов с целью более полного учета комплекса геометрических и технологических критериев, присущих позаказному промышленному производству корпусной мебели.
-
Разработано математическое, программное, информационное и методическое обеспечение инструментальных средств автоматизации технологического проектирования в составе комплексной САПР корпусной мебели, реализуемой в соответствии с основными положениями концепции безошибочного проектирования и производства.
Практическая значимость. Практическая значимость результатов исследования заключается в использовании предлагаемых методов, моделей и алгоритмов при реализации компонентов математического, программного, информационного и методического обеспечения технологического проектирования в составе комплексной САПР корпусной мебели. Повышение скорости, качества и надежности проектирования достигается посредством интеграции традиционно разнородной проектной информации за счет расширения ОСАМ КМИА технологическими аспектами и применения концепции технологического сопутствия. Полученные в работе результаты являются инвариантными по отношению к организации производства, номенклатуре КМИА, методологии проектирования, используемым материалам и технологиям на конкретном предприятии.
Реализация работы. Результаты, полученные в диссертационном исследовании, внедрены на следующих мебельных предприятиях: ООО «Оптимум» (г. Санкт-Петербург), ООО ПК «Ангстрем» (г. Воронеж), ООО ПКП «Карат» (г. Воронеж), ЗАО «Мебельбыт» (г. Белгород), ООО Мебельная фабрика «Даурия» (г. Благовещенск), ООО ПКФ «ДОММ» (г. Коломна), ООО «Полипрофиль-Л» (г. Липецк»), ЗАО «Графитный» (г. Москва), ООО «Комплекс-плюс» (г. Ростов- на-Дону), ИП Вятчина Ирина Григорьевна (Республика Адыгея, Тахтамукай- ский р-н, пос. Яблоновский), ООО «Интер-Дизайн-2000» (г. Тверь), ООО «Илья-Сейф» (г. Москва), ООО «Континент» (г. Владимир), ООО «Ока- Сервис» (г. Нижний Тагил), ООО «Интерьер-Системс» (Беларусь, г. Минск), ООО ПКФ «Выбор» (Украина, г. Донецк), мебельное предприятие «Free Style» (Казахстан, г. Алматы), ТОО «Жан и Ш» (Казахстан, г. Кызылорда), предприятие «Мебели Ивен» (Болгария, г. Сливен), предприятие «Зора Стил» ООД (Болгария, г. София).
Учебно-методические комплексы, созданные на основе полученных результатов, используются в учебном процессе Московского государственного университета леса, Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С.М. Кирова, Воронежской государственной лесотехнической академии, Казанского государственного технологического университета, Брянской государственной инженерно-технологической академии, Тюменской государственной сельскохозяйственной академии, Уральского государственного лесотехнического университета, Костромского государственного технологического университета, Тихоокеанского государственного университета, Харьковского национального технического университета сельского хозяйства им. П. Василенко, Национального лесотехнического университета Украины (г. Львов), Софийского государственного лесотехнического университета.
На защиту выносятся:
новый подход к автоматизации технологического проектирования изделий корпусной мебели на основе использования высокоуровневых объектных структурно-атрибутивных моделей;
новые методы, модели и алгоритмы проектирования технологических процессов изготовления КМИА, позволяющие существенно сократить сроки создания новых изделий;
положения концепции технологического сопутствия, позволяющей интегрировать разнородную проектную информацию в рамках единой математической модели КМИА с целью построения интегрированных средств управления проектными работами;
методы и алгоритмы оптимизации технологических проектных решений, учитывающие высокоуровневый характер моделирования;
методология и алгоритмы оценки технологичности и инженерного экспресс-анализа КМИА на основе объектных структурно-атрибутивных моделей;
усовершенствованные алгоритмы оптимизации раскроя материалов по совокупности геометрических и технологических критериев, учитывающих
специфику позаказного промышленного производства КМИА;
- разработанное математическое, информационное, программное и методическое обеспечение системы автоматизации технологического проектирования КМИА в структуре комплексной САПР корпусной мебели.
Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты диссертационной работы представлены в материалах следующих конференций: 7-я Всероссийская конференция «Информация, инновации, инвестиции» (Пермь, 2006); III Международная научно-практическая конференция «Исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2007); VI Всероссийская научно-практическая конференция «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2007); Международная научно-практическая конференция «Моделирование. Теория, методы и средства» (Новочеркасск, 2007, 2008); Международная научно-техническая конференция «Компьютерное моделирование» (Санкт- Петербург, 2007, 2008, 2009); V Международная научная конференция «Инновации в науке и образовании-2007» (Калининград); XV, XVI, XVII Международные научно-технические конференции «Информационные средства и технологии» (Москва, 2007, 2008, 2009); VI Всероссийская научно-практическая конференция «Современные информационные технологии в науке, образовании и практике» (Оренбург, 2007); XX Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008); IV Северный социально-экологический конгресс «Северное измерение глобальных проблем: первые итоги международного полярного года» (Сыктывкар, 2008); 5-й Международная научно-техническая конференция «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе СУБД, САПР, АСНИ и систем искусственного интеллекта (ИНФОС-2009)» (Вологда, 2009); I Международная научно-практическая конференция «Объектные системы-2010» (Ростов-на- Дону).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 66 печатных работах, среди которых 31 статья в изданиях, включенных в список ВАК РФ, 3 монографии, 6 учебников и учебных пособий, в том числе 4 издания с грифами УМО по образованию.
В работах, опубликованных в соавторстве, личный вклад автора заключается в разработке методологии и высокоуровневых объектных структурно- атрибутивных моделей автоматизации технологического проектирования, концепции технологического сопутствия, методов и алгоритмов оптимизации технологических проектных решений, алгоритмов оценки технологичности мебельных изделий и инженерного экспресс-анализа, алгоритмов оптимизации раскроя материалов, математического, информационного, программного и методического обеспечения системы автоматизации технологического проектирования изделий корпусной мебели.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка (226 наименований) и приложений. Материалы диссертации изложены на 299 страницах, содержат 74 рисунка, 3 таблицы, 5 приложений.
Автоматизация технологического проектирования в условиях по-заказного промышленного производства
Для построения эффективно работающего мебельного предприятия необходимо найти пути и способы сокращения времени выполнения заказов без снижения качества при одновременной минимизации количества ошибок, вызванных человеческим фактором.
Общими особенностями автоматизации технологического проектирования являются недостаточная информация о закономерностях этого процесса и большой удельный вес субъективного фактора. В производстве КМИА это дополняется традиционным превалированием конструкторско-дизайнерской проработки изделий над технологическим проектированием, что характерно для большинства предприятий. Технологическое проектирование, как важнейший этап ЖЦМИ, требует постоянного осуществления мероприятий по мобилизации и вовлечению в прот изводство имеющихся резервов повышения эффективности. Для практического осуществления этой работы необходимо решение двух задач: - причинно-следственный анализ резервов, факторов и условий, от которых зависит эффективность технологического проектирования; - применение интегрированных автоматизированных систем, увязывающих отдельные дизайнерские, конструкторские и технологические задачи в единый информационно-логический комплекс. Исходной базой для реализации задач технологического проектированиия являются следующие документы и нормативные показатели [105]: - полный комплект конструкторской документации на изделие (сбороч ный чертеж изделия и рабочие чертежи деталей, спецификации); - планируемый годовой объем выпуска продукции при условии максимальной загрузки производственных мощностей; - планируемый режим работы предприятия (коэффициент сменности, фонд рабочего времени); - планируемый, коэффициент загрузки оборудования в условиях выбранной стратегии организации ремонтно-профилактических работ; - возможность реализации части производственной программы по кооперации (изготовление и поставка стандартных элементов изделий, специфических материалов и комплектующих); - предполагаемые рыночные цены новой продукции в контексте общей ценовой политики предприятия; —. стратегия минимизации производственных рисков (запасы материалов и комплектующих, наличие дублирующего оборудования). Основой автоматизации технологического проектирования является формирование единого информационного пространства, охватывающего все этапы проектно-производственного отрезка ЖЦМИ. Это предполагает тесную информационную увязку математических моделей концептуального, конструк-торско-дизайнерского, организационно-технологического и производственного его этапов. Начиная с приема заказа, и далее в процессе проектирования, формируемые математические модели должны автоматически анализироваться на технологическую допустимость в рамках конкретного производства, что позво-г лит в максимальной степени избежать пересогласований технических параметров проекта; В соответствии с концепцией БОПП автоматизация дизайнерских и конструкторских работ в условиях позаказного промышленного производства реализуется на основе объектных структурно-атрибутивных моделей высокого уровня абстракции [4,71, 73, 139]; Использование подобных моделей дает возможность в процессе конструирования получить доступ к технологической информации для учета целого ряда технологических требований и реализации; элементов параллельной стратегии проектирования. Автоматизация технологического проектирования на основе ОСАМ в ка-; честве входной информации позволяет формировать несколько параллельно обрабатываемых потоков информации, основные из которых направлены на выполнение следующих операций: - раскрой плитных и погонажных материалов; - моделирование условий эксплуатации и инженерно-технические расчеты конструкции изделия; - разработка и оптимизация маршрутных и маршрутно-операционных технологических карт; - разработка управляющих программ для станков с ЧПУ; - изготовление технологической оснастки; - расчет технико-экономических показателей; - формирование документов для материально-технического обеспечения производства; - нормирование материальных и трудовых затрат; - формирование информационных массивов для автоматизированных систем управления проектными работами. Все указанные этапы технологического проектирования образуют сложную сетевую структуру с глубокой взаимозависимостью реализации одних этапов от результатов реализации других этапов. Использования ОСАМ на этапе конструирования делает технологическое- проектирование информационно замкнутым процессом, т. е. ни один информационный поток внутри него не имеет циклических возвратов на этап концептуального, дизайнерского или конструкторского проектирования. Следует отметить, что для решения большинства задач технологического проектирования в позаказном промышленном производстве КМИА в настоящее время не имеется адекватных современным требованиям автоматизированных систем [30, 174]. Вследствие этого степень автоматизации мебельных предприятий в стране достаточна низкая и сводится в основном к использованию обособленных или частично интегрируемых на уровне форматов данных подсистем автоматизации конструкторского и технологического проектирования. По этой причине задача построения концепции информатизации технологического проектирования КМИА, а также разработки эффективных моделей и алгоритмов для его автоматизации на основе использования ОСАМ этапа конструирования является актуальной и своевременной. Создание автоматизированных систем технологического проектирования предполагает решение задач, в состав которых, помимо разработки видов обеспечения САПР, входит организация информационного взаимодействия как с системами, генерирующими математические модели изделий, так и с системами управления проектными работами, что требует решения целого ряда научно-методических, организационных и технических проблем [40, 211]. сокращение,сроков проектирования что являетсяJосновойполучения: конкурентных преимуществ за счет быстрой реализации проектов; - повышение качества принимаемых решений ш разрабатываемых тех-; нологических процессов, что диктуется:техническим перевооружением!совре менных мебельных производств за счет замены универсального оборудования оборудованием с автоматическим циклом обработки и широким внедрением станков с ЧПУ и обрабатывающих центрові , Таким образом; автоматизация, технологического проектирования в.условиях ПИП предполагает использование технологической информации на этапе конструирования, что возможно реализовать только при использовании ОСАМ мебельных изделий;,Именно этот класс математических моделей КМИА инкаш сулирует исчерпывающую информацию для выполнения, последующих этапов ЖЦМИ с высокой степенью автоматизации и безошибочности.
Информационная инфраструктура мебельного предприятия
В ней учитываются требования, отраженные в техническом задании, а также данные о технологических возможностях предприятия, представленные в структуре КТТО. Кроме того, в ходе инжиниринга в прототипную модель включаются две группы методов: - методы реструктуризации, предназначенные для определения процедур компиляции прототипных моделей в модели реальных мебельных изделий; - методы контроля, гарантирующие безошибочность выполнения про: ектных операций на этапе реинжиниринга.
На уровне инжиниринга концентрируются детальные знания технологических особенностей конкретного предприятия, что является прерогативой специалистов, занимающихся инновационной деятельностью и непосредственно участвующих в производственно-технологических процессах данного предприятия. В этой связи одна из основных целей концепции БОПП заключается в обеспечении формального подхода, позволяющего распространить необходимый объем знаний внутреннего уровня на внешний (потребительский) уровень.
Именно на этапе инжиниринга закладываются основы безошибочности проектирования и производства корпусной мебели. Основной задачей инжиниринга изделий является формирование математических моделей, представляющих собой обобщенные параметрические проекты высокого уровня абстракции. Их назначение состоит в том, чтобы в ходе последующего реинжиниринга, варьируя входные параметры, автоматически получать множество конкретных проектных решений.
Реинжиниринг прототипной модели является одним из этапов процесса разработки изделий корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства. В ходе реинжиниринга прототипная модель изделия, сформированная на этапе инжиниринга, «доопределяется» индивидуальными данными, обеспечивая выполнение требований заказчика к мебельному изделию.
Этап реинжиниринга прототипной модели выполняется дизайнером по интерьеру при приеме индивидуального заказа на мебельное изделие. Он вклютчает в себя две основные проектные процедуры: реструктуризацию прототип-ной модели и возвратное проектирование конкретного мебельного изделия.
Процедура реструктуризации обеспечивает преобразование прототипной модели без понижения уровня абстрактного представления проектируемого мебельного изделия. С помощью инструментальных средств реинжиниринга дизайнер получает доступ к полям информационных структур, описывающим прототипную модель. Ввод данных в эти поля контролируется методами реструктуризации, заданными на этапе инжиниринга, что в достаточной степени гарантирует безошибочность разрабатываемой модели. При этом используется комплекс КТТО, представляющий собой базу данных, в которой содержится структурированный перечень предельных и оптимальных параметров проектирования, а также формальных алгоритмов контроля соответствия прототипного изделия этим параметрам. Таким образом, несмотря на то, что при реструктуризации модель изделия претерпевает определенные изменения, она, с одной стороны, не выходит за рамки технологических возможностей производства, с другой стороны, - не нарушает заложенные в нее требования и ограничения.
Возвратное проектирование - это компиляция прототипной модели после ее реструктуризации в модель конкретного мебельного изделия, содержащую всю необходимую информацию для его изготовления на имеющейся производственной базе. На данном этапе рассчитывается стоимость изделия, реализуются процедуры динамической визуализации его конструкции и формируются два пакета документации: для оформления расчетно-договорных отношений с заказчиком и передачи заказа в производство.
Обособляя этапы инжиниринга и реинжиниринга, концепция БОПП обеспечивает методологическую базу для организации структурированного подхода к конструированию, производству и реализации мебельных изделий, делая упор на его алгоритмической сущности. Если при традиционном подходе каждый принятый индивидуальный заказ порождает новую цепочку «проектирование-производство», то при структуризации производственного процесса" чаще всего заказ нового изделия этого не требует, поскольку оно априорно входит в одну из разработанных технологических цепочек. Время выполнения реинжиниринга изделия невелико по сравнению с длительностью нового проектирования, а субъективные ошибки исключаются в основном на этапе реструктуризации.
Важной отличительной особенностью ОСАМ КМИА, во многом обеспечивающей безошибочность проектирования, является включение в ее состав информации системы КТТО, которая может быть записана как пара значений К= К ,К , отражающая конструкторские и технологические ограничения соответственно [35, 182]. Конструкторские ограничения связаны с геометрическими характеристиками отдельных щитовых элементов, их взаимным расположением и функциональным назначением. Технологические ограничения ориентированы на соответствие проектных операций имеющемуся оборудованию и технологическим процессам изготовления. Функционально каждый элемент Ki системы КТТО представляет собой зависимость следующего вида:
Закономерности информационных процессов технологического проектирования
Цвета в графе используются не только для того, чтобы представить иерархию объектов, сгруппированных по уровням; они применяются и для окраски ребер графа, задающих различные отношения между элементами одного или разных уровней иерархии.
Структурно-атрибутивное описание КМИА также базируется на теории полихроматических графов, дополняя множество их окрашенных ребер окрашенными петлями. Каждая петля, для которой одна и та же вершина является одновременно и входной и выходной, представляет какой-либо внешний атрибут элемента. Для синтеза ТП имеют значение следующие внешние атрибуты: - геометрические: привязка элементов структуры, привязка к узлам сетки, ориентация элементов структуры; - атрибуты материалов: тип материала, текстура, чистота обработки; - атрибуты элементов сопряжения. В ходе реинжиниринга на основе ОСАМ формируется модель, которая используется при синтезе проектных решений, связанных с маршрутным и операционным описанием технологических процессов изготовления деталей КМИА. Это объясняется тем, что КЭ (шаблоны), используемые при формировании модели, создаются, верифицируются и заносятся в библиотеку опытными специалистами (рисунок 2.6). При добавлении нового КЭ в модель его локальная система координат с одной стороны определенным образом связывается с системой координат модели, а с другой стороны - становится основой для создания связей с последующими элементами. Это означает, что полученная модель изделия в исполнительных координатах содержит всю необходимую информацию для автоматического синтеза маршрутной технологии, т.е. позволяет внедрить принципы параллельного проектирования, что заметно сокращает время конструкторско-технологической подготовки производства.
Первой операцией технологического проектирования КМИА является раскрой материалов [66]. В результате ее выполнения формируются карты раскроя - графическое представление расположения заготовок на стандартном формате подлежащего раскрою материала. Оптимизация раскроя материалов является многокритериальной задачей, при решении которой используются геометрические и технологические критерии.
Тесная интеграция модулей конструирования и раскроя материалов в структуре САПР имеет особое значение при работе со сложными изделиями, что характерно для позаказного промышленного производства. Помимо автоматического обеспечения комплектности деталей, необходимых для обеспечения плана выпуска изделий, она позволяет реализовать две важные дополнительные возможности: - использования не только полноформатных листов, но и обрезков, оставшихся от предыдущих раскроев того же материала, что при должной организации производства дает ощутимую экономию; - передачи в модуль раскроя наряду с габаритными размерами контуров криволинейных деталей, что является полезным с точки зрения их последующей маршрутизации. При импорте информации из модели изделия производится автоматическая двухуровневая сортировка: - в зависимости от типа используемого материала создаются два списка деталей: из листовых материалов и из погонажных материалов; - внутри каждого списка детали сортируются по виду материалу. Облицовочные материалы также включаются в список погонажных материалов, поскольку их раскрой может производиться, например, когда применяется профиль, который поступает на предприятие в виде полос. При подготовке исходных данных для раскроя необходимо выполнить ряд дополнительных действий, характер которых определяется используемым оборудованием и технологией изготовления. При использовании ОСАМ эти действия выполняются автоматически, поскольку в модели присутствует вся необходимая информация. В случае раскроя листовых материалов из модели считываются распиловочные размеры. Однако некоторые модели кромкооблицовочных станков пе-ред облицовыванием выполняют операцию предварительного фрезерования кромок. Это учитывается при формировании карт раскроя заданием припуска на облицовку. Важным параметром деталей с точки зрения формирования оптимальных карт раскроя является направление текстуры материала. Поскольку в ОСАМ одним из атрибутов материала является вид текстуры поверхности, то при импорте списка деталей из модели ее направление определяется автоматически в соответствии с назначениями, выполненными в процессе реинжиниринга. При технологическом контроле модели (рисунок 2.2) можно корректировать этот параметр следующими способами: - изменение направления текстуры для отдельной детали; - отказ от учета направления текстуры для отдельных деталей по эстетическим или иным соображениям, что может привести к повышению КИМ; - . отмена учета направления текстуры для всех деталей, когда соответствующий материал не имеет четко выраженного направления текстуры. Используемые в настоящее время алгоритмы раскроя работают в основном с геометрической информацией, составляющей основу математической модели КМИА. Это не позволяет в полной мере учитывать особенности технологических процессов на конкретном производстве [20, 108]. Необходима разработка механизмов усовершенствования алгоритмов оптимизации раскроя, с помощью которых можно добиться более полного учета совокупности геометрических и технологических, определяемых условиями ППП.
Повышение требований к эксклюзивности мебельных изделий со стороны потребителей неизбежно приводит к усложнению геометрических форм их составных элементов. Изготовление подобных деталей представляет собой трудоемкий и длительный процесс, не гарантирующий идентичность их характеристик по всему множеству. Следствием этого является снижение качества изделий, недопустимое в условиях ППП. Мебельные предприятия оказываются перед необходимостью использования фрезерно-присадочных и кромкооблицо-вочных станков с ЧПУ для качественной и быстрой обработки сложных деталей. Однако это ставит задачу проектирования управляющих программ, минимизировать трудоемкость которой можно путем автоматической передачи геометрической информации из математической модели изделия через интерактивный прикладной модуль непосредственно в систему управления станка. Использование ОСАМ, которая содержит полный набор параметров, определяющих объект в качестве элемента мебельного изделия, позволяет организовать автоматическое получение всей необходимой геометрической информации из математической модели изделия с выполнением препроцессорной обработки контуров панелей с целью их упорядочения, а также поиска и локализации потенциально ошибочных элементов и мест их сопряжения [57].
Автоматизация нормирования в структуре технологического проектирования
Использование объектных структурно-атрибутивных моделей в рамках концепции безошибочного проектирования и производства корпусной мебели является перспективным направлением создания нового поколения САПР для позаказного промышленного производства. Подобные модели, в отличие от традиционных моделей, наряду с геометрическими параметрами содержат формализованные данные об элементах сопряжения, конструкторско-технологичес-ких требованиях и ограничениях, наличии и форме вхождения в изделие стандартных элементов, а также методах их реализации и контроля, абстрагированных от специфики конкретного предприятия и изделия.
Для использования ОСАМ в автоматизированных системах технологического проектирования необходимо расширить их соответствующими аспектами, отличающимися эскизным уровнем информационного представления. Это позволит обеспечить автоматическое выполнение с высоким уровнем безошибочности наряду с конструкторскими операциями и многих технологических проектных операций при трансляции прототипной модели из пространства эскизных координат в пространство исполнительных координат.
Целью технологического проектирования является формирование необходимой технической документации для изготовления новых мебельных изделий в условиях индивидуальности практически каждого выпускаемого образца.
Позаказное промышленное производство мебели предполагает проведение активных маркетинговых исследований, результатом которых является обобщение требований различных социальных групп населения к параметрам функциональности, эстетичности, качества и экономичности. Это является необходимым условием для формирования баз данных прототипных моделей. Соответственно структура процесса технологического проектирования КМИА должна определяться такими факторами, как новизна, с точки зрения применения прогрессивных материалов, фурнитуры и технологий, конструктивная сложность, наличие отработанных типовых или групповых технологических процессов. Помимо этого, следует учитывать показатели качества, а также наличие необходимого оборудования и кадров для производства планируемых объемов с учетом нормативных технико-экономических параметров [49].
Структура технологических подразделений мебельного предприятия должна обеспечивать эффективное решение следующих задач [30]: — рациональное распределение задач технологического проектирования между отдельными подразделениями и исполнителями; — тесная интеграция технологических служб с конструкторскими подразделениями, как источниками необходимой информации, и с подразделениями управления проектными работами; - четкая организация конструкторско-технологического документооборота с фиксацией конкретных исполнителей и отслеживанием всех документов от момента возникновения до момента архивации; - возможность оперативного реагирования на быстроменяющуюся номенклатуру выпускаемых изделий. На мебельном предприятии, использующем элементы позаказного промышленного производства, могут применяться различные варианты организации технологических проектных работ. На рисунке 3.1 показана общая структура технологического проектирования КМИА в контексте информатизации проектно-производственных этапов ЖЦМИ. Она позволяет обеспечивать параллельное выполнение двух производственных процессов: промышленное изготовление мебельных изделий по индивидуальным заказам потребителей и выпуск пилотных вариантов изделий для расширения номенклатуры прототип-ных моделей и отслеживания тенденций изменения приоритетов потребителей. Выбор варианта организации зависит от следующих основных факторов: — доля изделии, выпускаемых по индивидуальным заказам, в производ ственной программе предприятия; - уровень организации, подготовки производства, в том числе уровень автоматизации выполнения проектно-производственных операций; — скорость, точность и безошибочность выполнения проектных работ; - полнота и достоверность исходных данных для решения задач техно логического проектирования. На основании принятой схемы организации технологических проектных работ разрабатываются типовые графики, отражающие набор и последовательность реализации этапов. На их основании формируются конкретные экземпляры для отдельных заказов или разработок с обязательной фиксацией времени выполнения каждого этапа и ответственных исполнителей. Обобщенная схема построения типового графика реализации проекта представляется в виде орграфа, показанного на рисунке 3.2. Выполнение технологического проектирования индивидуальных заказов на базе отработанных типовых технологических процессов не требует существенных затрат времени. В отличие от этого при создании новых прототипных моделей требуется тщательная проработка всех его этапов, показанных на рисунке 3.2, что занимает от одной недели до двух месяцев при условии достаточного уровня автоматизации их выполнения. Для сохранения имеющихся конкурентных преимуществ и оптимальной массы прибыли предприятия необходимо организовать оперативное обновление номенклатуры прототипных моделей. Для формирования новых прототипных моделей можно использовать два подхода: - после исследования состояния рынка и выявления потребностей и предпочтений потребителей найти наилучший на данный момент вариант их удовлетворения; - имея в виду, что поведение потребителей поддается воздействию, предложить оригинальные разработки дизайнеров и конструкторов.
Независимо от того, где зародилась новая идея или концепция: на самом рынке, либо внутри предприятия, необходимо организовать эффективный диалог с рынком и выяснить уровень и характер спроса на соответствующие изделия. Для зондирования потенциального спроса «пилотные» варианты изделий экспонируются в мебельных салонах в течение двух-четырех месяцев. При положительных результатах модели получают статус прототипных моделей, и для них выполняется комплекс инжиниринговых работ, включая реализацию технологического проектирования-в полном объеме.
Анализ работы ряда предприятий [44, 45, 69] в условиях ППП показал, что уровень перехода на новую прототипную модель составляет 40-60% период да эксплуатации старой модели. Это иллюстрируется графиком на рисунке 3.3. Из него видно, что во время обновления номенклатуры в качестве прототипных моделей будут предлагаться и старые, и новые изделия.
Похожие диссертации на Модели и алгоритмы автоматизации технологического проектирования в САПР корпусной мебели
-
