Теоретические и методологические основы автоматизации проектирования корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства Стариков, Александр Вениаминович

Введение к работе

Актуальность темы. В условиях насыщающегося конкурентного рынка и низкого платёжеспособного спроса большей части населения России гарантированный сбыт мебельной продукции может быть обеспечен в рамках позаказного производства, ориентированного на удовлетворение индивидуальных запросов потребителей. Позаказное промышленное производство предъявляет повышенные требования к информационной поддержке процессов, составляющих жизненный цикл изделий (ЖЦИ), и к управлению информационной инфраструктурой предприятия. Особая роль при этом отводится комплексным САПР как важнейшим элементам современных производительных систем, построенных с использованием CALS (ИПИ)-технологий.

Специализированные комплексные САПР (CAD/CAM/CAE/PDM-системы) получили широкое распространение в наукоёмких отраслях промышленности, включая машиностроение, авто-, авиа- и судостроение, микроэлектронику и вычислительную технику. Большой теоретический и практический вклад в их создание и развитие внесли зарубежные и отечественные учёные и специалисты: Дж. Адамс, Дж. Джонс, Д. Конвей, Д. Крас- кал, С. Ли, Р. Прим, М. Принс, Д. Роджерс, Дж. Рот, И. Сазерленд, Дж. Харти, П. Хэнрет- ти, Б.В. Баталов, А.М. Бершадский, Ю.Х. Вермишев, М.А. Гаврилов, В.М. Глушков, В.В. Емельянов, Г.Г. Казённов, Н.М. Капустин, В.П. Корячко, В.М. Курейчик, И.Я. Ландау, С.П. Митрофанов, И.П. Норенков, В.В. Павлов, А.И. Половинкин, Д.А. Поспелов, Г.Г. Рябов, Ю.М. Соломенцев, А. Л. Стемпковский, В.Н. Харин и многие другие.

В мебельной подотрасли ЛПК России специализированные САПР используются сравнительно недавно, опыт их создания и применения пока ещё невелик. Анализ показывает, что концептуальная база известных коммерческих САПР корпусной мебели как отечественных, так и зарубежных, изначально не рассчитана на эффективную реализацию решений, удовлетворяющих различным, в ряде случаев противоречивым требованиям позаказного промышленного производства (например, повышение качества проектов при сокращении сроков проектирования, уменьшение числа конструкторских ошибок при усложнении разрабатываемых изделий и т.п.). Геометрические модели, лежащие в основе данных САПР, описывают форму и особенности конструкции мебельных изделий; как правило, они не обеспечивают всей полноты информации, необходимой для эффективной реализации различных этапов ЖЦИ, а соответствующий им уровень абстракции не способствует минимизации субъективных ошибок проектирования. Кроме того, отсутствие в существующих САПР корпусной мебели средств поддержки параллельного (совмещённого) проектирования не позволяет сократить общее время разработки проектов.

Таким образом, имеет место научно-техническая проблема позаказного промышленного производства корпусной мебели, обусловленная противоречием между требованиями, предъявляемыми позаказным производством к проектированию изделий корпусной мебели, и возможностями, обеспечиваемыми современными специализированными САПР. В этой связи представляется актуальной разработка теоретических и методологических основ проектирования и функционирования перспективной САПР корпусной мебели, предназначенной для использования в условиях позаказного промышленного производства.

Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетных НИР кафедры вычислительной техники и информационных систем ВГЛТА: «Автоматизация и компьютеризация технологий лесного комплекса» (2000-2005 гг.), ГР № 01.2.00105357, код ГРНТИ 68.47.01; 50.49; «Автоматизация проектных работ при создании изделий микроэлектроники и лесного комплекса» (2006-2010 гг.), ГР № 01.2.00609244, код ГРНТИ 68.47.01; 50.49.

Объектом исследования является автоматизированное проектирование корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства, включая:

сложное изделие корпусной мебели как объект конструкторского проектирования в специализированной САПР мебели;

процесс автоматизированного проектирования корпусной мебели как объект структурного проектирования, моделирования и управления;

информационную инфраструктуру САПР — важнейшую составляющую интегрированной информационной системы (ИИС) мебельного предприятия как объект моделирования и управления.

Предмет исследования составляют принципы, модели, методы и алгоритмы проектирования, моделирования и управления в САПР корпусной мебели.

Целью исследования является разработка и теоретическое обоснование концептуальных основ построения и функционирования САПР сложной корпусной мебели, моделей и методов, а также программных средств их реализации для использования в условиях позаказного промышленного производства. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. 1. Выполнить анализ и дать оценку современному состоянию, методологии построения и использования традиционных средств автоматизации проектирования мебели, сформулировать базовые требования к САПР корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства.

   2. На основе системного подхода сформировать новую парадигму автоматизированного проектирования корпусной мебели, ориентированную на решение проблемы поза- казного промышленного производства.

   3. В рамках сформированной парадигмы создать концепцию «безошибочного» проектирования и производства (БОПП) изделий корпусной мебели, направленную на повышение эффективности разработки проектов и снижение роли субъективного фактора в условиях позаказного промышленного производства.

   4. С учётом основных положений концепции БОПП разработать единый методологический подход к организации процесса автоматизированного проектирования корпусной мебели, определить состав, структуру и функциональность САПР, обеспечивающие его практическую реализацию.

   5. Разработать математическое, программное, информационное и методическое обеспечение базовых компонентов САПР корпусной мебели, предназначенных для формирования проектов корпусных мебельных изделий и ансамблей (КМИА) с учётом информационных аспектов ЖЦИ.

   6. Сформировать концептуальную схему управления распределённой рабочей средой проектирования в рамках ИИС мебельного предприятия, обеспечивающую возможность параллельной работы в мультипроектном режиме.

   7. Выполнить апробацию предложенных теоретико-методологических положений путём внедрения разработанных на их основе специализированных программно- методических средств автоматизации проектирования корпусной мебели на мебельных предприятиях и в учебный процесс профильных вузов.

   Методы исследования. При решении поставленных задач использованы основные положения системного подхода, принципы, модели и методы теории САПР, элементы теории множеств и графов, методы и средства структурно-функционального моделирования, объектно-ориентированного проектирования и программирования.

   Научная новизна результатов, полученных при решении перечисленных выше задач исследования, состоит в следующем:

   1. 7. 1. Предложена новая парадигма автоматизированного проектирования корпусной мебели, отличающаяся от традиционной парадигмы ориентацией на высокоуровневое эскизное проектирование и использование интегрированных конструкторско-технологи- ческих требований и ограничений.

         2. Разработаны основные положения концепции БОПП КМИА, направленные на повышение эффективности разработки проектов за счёт снижения роли субъективного фактора при выполнении проектирования и расширения возможностей автоматического преобразования эскизной проектной информации в данные исполнительного типа.

         3. Предложена объектная структурно-атрибутивная модель (ОСАМ) КМИА, предназначенная для использования в САПР корпусной мебели и ориентированная на высокоуровневое эскизное проектирование и повышение качества выполнения проектов.

         4. Разработаны методологические основы автоматизированного проектирования корпусной мебели, регламентирующие согласованное использование методов и средств реализации проектных процедур в условиях позаказного промышленного производства.

         5. Определены состав и функциональная структура САПР корпусной мебели, направленные на реализацию положений концепции БОПП КМИА в соответствии с предложенной методологией автоматизированного проектирования.

         6. Разработаны компоненты программного, информационного и методического обеспечения САПР корпусной мебели, поддерживающие концепцию БОПП и реализующие способы, модели и алгоритмы, отличающиеся от известных тем, что обеспечивают сквозной конструкторско-технологический контроль информации исполнительного типа в проектах КМИА.

         7. Предложена концептуальная схема, информационная модель и механизмы реализации подсистемы управления распределённой рабочей средой в САПР корпусной мебели, отличающиеся инвариантностью к объектам проектирования и используемым инструментальным средствам и обеспечивающие возможность параллельной работы в мульти- проектном режиме.

         Практическая значимость работы состоит в разработке компонентов математического, информационного, программного и методического обеспечения САПР корпусной мебели, включая объектную структурно-атрибутивную модель изделия корпусной мебели, структурную модель процесса проектирования, информационную модель подсистемы управления распределённой рабочей средой проектирования, программные модули для выполнения инжиниринга и реинжиниринга прототипных моделей изделий корпусной мебели.

         Практические результаты работы внедрены в составе комплексной САПР БАЗИС, а также программ WinGRAF и TSS с суммарным годовым экономическим эффектом 11 млн 950 тыс. рублей на следующих 17-ти мебельных предприятиях: ОАО МКО «Севзап- мебель» (г. Санкт-Петербург), ФГУП МП «Звёздочка» (г. Северодвинск Архангельской обл.), ОАО «Графское» (г. Воронеж, пос. Краснолесный), ООО ПК «Ангстрем» (г. Воронеж), ООО ПКП «Карат» (г. Воронеж), ООО «Техностройсервис» (г. Воронеж), ООО «Калининградская мебельная фабрика» (г. Калининград), ООО «ВестВуд» (г. Москва), ООО «Окно Европы» (г. Санкт-Петербург), ООО «Комплекс-плюс» (г. Ростов-на-Дону), ООО «Монбельер» (г. Челябинск), ООО «Вега-Дизайн» (г. Ногинск Московской обл.), ИП Вятчина И.Г. (Адыгея, Тахтамукайский р-н, пос. Яблоновский), ИООО «Интерьер системс» (г. Минск, Беларусь), ТОО «Free Style» (г. Алматы, Казахстан), ООД «Зора Стил» (г. София, Болгария), ЕООД «Мебели ИВЕН» (г. Сливен, Болгария).

         На основе теоретических и практических результатов диссертации созданы программно-методические комплексы, используемые в учебном процессе следующих 11-ти вузов: Московский государственный университет леса (МГУЛ), Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия (СПбГЛТА), Воронежская государственная лесотехническая академия (ВГЛТА), Уральский государственный лесотехнический университет (УГЛТУ), Архангельский государственный технический университет (АГТУ), Казанский государственный технологический университет (КГТУ), Костромской государственный технологический университет (КГТУ), Брянская государственная инженерно- технологическая академия (БГИТА), Тихоокеанский государственный университет (ТОГУ), Львовский государственный лесотехнический университет (НЛТУ, Украина), Софийский лесотехнический университет (ЛТУ, Болгария).

         На защиту выносятся:

         новая парадигма автоматизированного проектирования корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства;

         основные положения концепции безошибочного проектирования и производства корпусных мебельных изделий и ансамблей в условиях позаказного промышленного производства;

         высокоуровневая объектная структурно-атрибутивная модель корпусных мебельных изделий и ансамблей как информационная основа для создания перспективной САПР сложной корпусной мебели;

         состав, структура и функциональность САПР корпусной мебели, ориентированные на использование в условиях позаказного промышленного производства;

         концептуальная схема, информационная модель и механизмы подсистемы управления распределённой рабочей средой проектирования для реализации мультипроектного режима работ в САПР корпусной мебели;

         модели, методы, алгоритмы и программные средства, реализующие методологию безошибочного проектирования и производства корпусных мебельных изделий и ансамблей.

         Соответствие паспорту специальности. Согласно паспорту специальности 05.13.12 — Системы автоматизации проектирования, проблематика, рассмотренная в диссертации, соответствует следующим областям исследований:

         1. Методология автоматизированного проектирования в технике, включая постановку, формализацию и типизацию проектных процедур и процессов проектирования, вопросы выбора методов и средств для применения в САПР.

         3. Разработка научных основ построения средств САПР, разработка и исследование моделей, алгоритмов и методов для синтеза и анализа проектных решений, включая конструкторские и технологические решения в САПР и АСТПП.

         6. Разработка научных основ реализации жизненного цикла «проектирование—производство—эксплуатация», построения интегрированных средств управления проектными работами и унификации прикладных протоколов информационной поддержки.

         Апробация работы. Основные теоретические положения и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 37 Всероссийских и международных конференциях и симпозиумах, прошедших в период 1997-2010 гг. в следующих городах: Москва (3), Санкт-Петербург (7), Воронеж (11), Пенза (5), Новокузнецк (3), Белгород (1), Вологда (1), Калининград (1), Новочеркасск (1), Пермь (1), Ростов-на-Дону (1), Саратов (1), Сочи (1). Перечень докладов представлен в соответствующем разделе списка публикаций, который приведён в конце автореферата.

         Публикации. По теме диссертации опубликованы 86 работ, в том числе 21 статья в изданиях Перечня, определённого ВАК Минобрнауки России, 2 монографии, получены 4 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ. Основные результаты диссертации также отражены в учебно-методических материалах дисциплин «Основы автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов» и «САПР мебели», разработанных для подготовки студентов по специальности 260200 (250403.65) - Технология деревообработки, и включающих учебник и три учебных пособия.

         Общий объём публикаций по теме диссертации составляет более 140 п. л., из них 69 п.л. принадлежат автору. В работах, опубликованных в соавторстве, личное участие автора заключается в выборе объектов, цели и задач исследования, разработке новой парадигмы автоматизированного проектирования и формулировании основных положений концепции БОПП, их теоретическом обосновании и практической реализации ряда моделей, включая ОСАМ КМИА, методов и алгоритмов обработки в составе компонентов САПР сложной корпусной мебели.

         Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов с выводами, заключения, списка использованных источников, включающего 210 наименований, и семи приложений. Основной материал диссертации изложен на 325 страницах, содержит 53 рисунка и 8 таблиц.

         Похожие диссертации на Теоретические и методологические основы автоматизации проектирования корпусной мебели в условиях позаказного промышленного производства

         Автоматизация проектирования карт фигурного нерегулярного раскроя в условиях единичного производства на основе аппроксимационного подходаКорницкая, Маргарита Николаевна

         

         Автоматизация проектирования раскройно-заготовительного производства светопрозрачных конструкций на основе проблемно-ориентированных методов оптимизацииТарасов Андрей Евгеньевич

         

         Автоматизация группирования объектов машиностроительного производства на основе аппарата нейронных сетейДенисов Артем Руфимович

         

         Методологические и теоретические основы автоматизации проектирования раскроя листовых материалов на машинах с числовым программным управлениемПетунин, Александр Александрович

         Методологические основы автоматизации проектирования систем организационного управления строительными инновационными программамиДенисов, Геннадий Алексеевич

         

         Системотехнические основы автоматизации проектирования организационных структур крупномасштабного строительстваЛапидус, Азарий Абрамович (1958-)

         

         Научно-методические основы автоматизации проектирования информационной архитектуры Web-ресурсов Интернет Мальцева Светлана Валентиновна

         

         Разработка аппаратно-программных средств интеллектуализации систем автоматизации проектирования на основе методов теории графов Калиев Айдархан Миралиевич

         

         Автоматизация проектирования электрических соединителей на основе формализации и типизации проектных процедурСафонов, Александр Леонидович

         

         Автоматизация эскизного проектирования костюма на основе формализованного анализа и синтеза композиционной структурыФот Жанна Андреевна