Разработка методик, алгоритмов и программных средств управления конфигурацией изделий машиностроения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Карасев, Дмитрий Сергеевич

• Карасев, Дмитрий Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Карасев, Дмитрий Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАДИЯМИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ.

1.1 Современное состояние и развитие CALS-технологий. Основные принципы и базовые технологии.

1.2 Базовые управленческие технологии. Технология управления конфигурацией.

1.2.1 Состояние проблемы управления конфигурацией.

1.2.2 Представление базовых конфигураций и документации по конфигурации. j 1.2.3 Процедуры управления конфигурацией.

1.3 Международные нормативные документы, регламентирующие технологию управления конфигурацией.

1.3.1 Первая группа: методологическая инструкция ISO 10007,

1 международные стандарты IS010303-44 и IS010303-203.

1.3.2 Вторая группа: стандарты STANAG 4159 и STANAG 4188.

1.3.3 Третья группа: стандарты IEEE Std 828 и IEEE Std 1042.

1.3.4 Четвертая группа: стандарты MIL-STD-480, MIL-STD-481, MIL-STD-483, MIL-STD-973, MIL-STD-2549 и нормативный документ MIL-HDBK-61.

1.4 Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ КОНФИГУРАЦИЕЙ. МЕТОДЫ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ.

2.1 Роль технологии УК в процессе разработки конструкции изделия по требованиям заказчика.

2.2 Контексты управления конфигурацией.

2.2.1 Потребительский контекст.

2.2.2 Организационно-производственный контекст.

2.2.3 Конструкторский контекст.

2.3 Математическое описание технологии управления конфигурацией.

2.3.1 Структурные отношения конфигураций изделий.

2.3.2 Матричное представление древовидных графов структуры изделия

2.4 Методика синтеза конфигураций.

2.5 Системы класса PDM - инструмент реализации технологии управления конфигурацией.

2.5.1 Исследование функциональных возможностей российских и зарубежных PDM-систем.

2.5.2 Требования к программно-технической реализации технологии управления конфигурацией.

2.6 Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИК И АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ КОНФИГУРАЦИЕЙ НА РАЗЛИЧНЫХ СТАДИЯХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЯ

3.1 Методики управления конфигурацией сложных изделий на машиностроительных предприятиях с использованием PDM-системы.

3.1.1 Назначение методик. Информационные объекты PDM-системы.

3.1.2 Исходные данные для организации процесса управления конфигурацией изделия.

3.1.3 Этапы работ по управлению конфигурацией изделия с помощью PDM-системы.

3.2.3.1 Определение (формирование) требований заказчика к изделию.

3.2.3.2 Построение дерева требований заказчика.

3.2.3.3 Проработка требований.

3.2.3.4 Разработка конструкции изделия.

3.2.3.5 Производство конечного изделия на основе разработанной конструкции.

3.2 Общий алгоритм выполнения процедур управления конфигурацией в интегрированной информационной среде предприятия.

3.2.1 Процедура создания функциональной базовой конфигурации.

3.2.2 Процедура создания проектной базовой конфигурации.

3.2.3 Процедура создания физической базовой конфигурации.

3.2.4 Процедура планирования и контроля хода работ по управлению конфигурацией.

3.3 Информационная модель технологии управления конфигурацией в PDM-системе.

3.4 Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4 АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДИК.

4.1 Апробация методик управления конфигурацией с использованием PDM-системы при разработке изделия по предъявленным требованиям.

4.1.1 Постановка задачи.

4.1.2 Выбор базовой конструкции изделия на основании предъявленных требований.

4.1.3 Реализация методик в разработанном программном модуле.

4.2 План-проспект национального стандарта РФ по управлению конфигурацией.

4.2.1 Структура стандарта.

4.2.2 Общие требования к содержанию разделов.

4.3 Выводы по главе 4.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методик, алгоритмов и программных средств управления конфигурацией изделий машиностроения»

За последние несколько лет наметилось стремление к повышению качества и конкурентоспособности российской промышленности в целом, ее отдельных отраслей, предприятий и продукции на мировых рынках.

Рыночные условия и сильная конкуренция как со стороны западных, так и отечественных поставщиков продукции обязывают машиностроительные предприятия переходить к позаказному выпуску продукции, направленной на потребности конкретного заказчика.

Типичным примером позаказного выпуска продукции является производство металлорежущего оборудования, когда на основе требований заказчика к технологическим операциям, режимам резания, размерам обрабатываемых поверхностей, степени автоматизации, а также к вспомогательным системам, подсистемам и узлам порождается большое количество модификаций и исполнений различных видов металлорежущего оборудования.

Все более важную роль в процессе разработки и изготовления качественной и конкурентоспособной продукции играют управленческие и информационные технологии поддержки жизненного цикла наукоемкого изделия - CALS-технологии, которые служат мощным ресурсом реализации внутренних и внешних факторов современного наукоемкого производства.

С переходом предприятий-изготовителей к позаказному выпуску продукции возникла необходимость в применении одной из базовых управленческих CALS-технологии - технологии управления конфигурацией изделия. Эта технология направлена на обеспечение качества продукции и, как следствие, ее конкурентоспособности.

Технология управления конфигурацией обеспечивает отслеживание, контроль и управление данными об изделии на стадии проработки контракта и технического задания, конструкторской подготовки производства и изготовления изделия. Эта технология обеспечивает целостность и документирование всех данных об изделии, «прослеживаемость» всех шагов, связанных с внесением изменений в структуру, состав и конструкцию изделия и его отдельных компонентов. Это позволяет в любой момент воспроизвести процесс изготовления изделия с гарантией получения его требуемых характеристик. В ходе управления конфигурацией изделия идентифицируются и документируются его функциональные, физические и эксплуатационные характеристики.

При организации на машиностроительном предприятии процесса управления конфигурацией ставятся следующие цели:

• обеспечение максимального удовлетворения требований заказчика в ходе разработки, выпуска и поддержки жизненного цикла изделий, производимых на основе базового изделия во многих модификациях и исполнениях;

• обеспечение максимально возможного уровня унификации компонентов конечного изделия и технической документации на них в рамках семейства выпускаемых изделий и снижения на этой основе себестоимости продукции;

• предоставление заказчику объективных доказательств выполнения его требований на всех этапах жизненного цикла.

Основными функциями управления конфигурацией согласно ISO 10007 [50] являются:

• идентификация конфигурации;

• контроль конфигурации;

• учет статуса конфигурации;

• аудит конфигурации.

Стартовой точкой процесса управления конфигурацией изделия является установление соответствующих контрактных условий и отношений между поставщиком и потребителем (заказчиком), что приводит к четкому определению обязательств поставщика.

После изготовления и испытания изделия заказчику предоставляется не только физически изготовленное изделие, но и доказательства того, что конечное изделие в целом и все его компоненты удовлетворяют заранее установленным требованиям. Вследствие этого работоспособность изделия может быть установлена не только прямым визуальным контролем и испытаниями, но также посредством оценки документации конфигурации на это изделие. Поэтому эффективное управление конфигурацией - одна из основ гарантии качества продукции.

В отечественной промышленности этой технологии до недавнего времени не уделялось должного внимания. Практически отсутствует литература по описанию технологии управления конфигурацией, за исключением [27,59], не говоря уже о методиках и программных средствах, при помощи которых можно было бы реализовывать эту технологию на машиностроительных предприятиях.

В зарубежных промышленно развитых странах этой технологии посвящены многочисленные нормативные документы (стандарты, рекомендации, инструкции и т.д.) [39-49]. Однако эти документы могут использоваться российскими предприятиями только как справочные (информационные), т.к. они разрабатывались в расчете на зарубежную специфику проектирования и изготовления изделия.

Диссертационная работа посвящена исследованию процессов и процедур технологии управления конфигурацией изделия, ее методической и программно-технической реализации в системах класса PDM.

В работе предложены методики УК изделий машиностроения и алгоритмы выполнения входящих в эту технологию процеду в PDM-системе на разных стадиях ЖЦ изделия. Предложенные методики и алгоритмы апробированы на примере разработки проекта металлообрабатывающего оборудования по требованиям заказчика. Разработаны предложения по проекту национального стандарта РФ, регламентирующего базовые принципы технологии управления конфигурацией.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Карасев, Дмитрий Сергеевич

Выводы и результаты диссертационной работы

В диссертационной работе получены следующие научные и практические результаты:

1. На основе анализа международных нормативных документов [39-49] впервые сформулированы определения основных понятий, относящихся к технологии управления конфигурацией изделия. Проработаны теоретические и методические аспекты этой технологии.

2. Технология управления конфигурацией представляет собой механизм управления данными о разрабатываемом изделии, обеспечивающий выполнение предъявленных требований и высокое качество проекта и проектируемого изделия на протяжении всего жизненного цикла.

3. Определены три основных контекста технологии управления конфигурацией:

• Потребительский контекст - формирование требований к конечному изделию и его компонентам, а также многократное получение подтверждений того, что предъявленные требования выполняются на разных стадиях его жизненного цикла;

• Организационно-производственный контекст — описание мероприятий по планированию и управлению процессом разработки конфигурации изделия на различных этапах его жизненного цикла;

• Конструкторский контекст - разработка конфигурации изделия для выполнения требований заказчика.

4. Представление всех видов конфигурации изделия (функциональной, проектной, физической) в форме древовидных графов существенно упрощает их формирование и преобразование в процессе управления конфигурацией. Древовидные графы в вычислительной среде наиболее экономичным образом представляются в виде матриц смежности вершин.

5. Развитый в работе метод синтеза конфигураций изделия с учетом условий совместимости компонентов конструкции и разработанный алгоритм такого синтеза положены в основу программно-технической реализации технологии управления конфигурацией. Метод позволяет формировать проектное решение, удовлетворяющее предъявленным требованиям, из имеющихся решений с учетом условий совместимости компонентов.

6. В результате исследования функциональных возможностей российских и зарубежных систем класса PDM выбрана система PDM STEP Suite, как наиболее подходящая для реализации технологии управления конфигурацией. На базе системы PDM STEP Suite, в соответствии с предложенными функциями, расширяющими возможность системы для полномасштабной реализации технологии управления конфигурацией, и информационной моделью, разработан самостоятельно исполняемый программный модуль «PSSCM».

7. Разработанные методики управления конфигурацией сложных изделий машиностроения, основанные на применении PDM-системы, позволяют эффективно решать следующие задачи:

• Представление информации о семействе изделий и дополнительных компонентах, которые могут устанавливаться на все или некоторые разновидности изделия по заказу потребителя.

• Формализация требований, декомпозиция требований по основным компонентам изделия, выделения объектов конфигурации (ОК) для последующего контроля выполнения требований, формирование и утверждение функциональной конфигурации (ФК) изделия.

• Выбор базовой конструкции изделия, анализ конструкторских решений по компонентам, т.е. определение решений для которых требуется доработка конструкции или разработка заново, сопоставления проектных характеристик заданным требованиям, формирования и утверждения проектной конфигурации (ПК) изделия.

• Описание экземпляра для каждого изготовленного компонента изделия, сопоставления характеристик, получившихся в результате изготовления изделия заданным требованиям, формирования и утверждения "физической " конфигурации (ФзК) изделия.

8. В соответствии с предложенными методиками разработан общий алгоритм, описывающий последовательность выполнения и взаимодействие процедур управления конфигурацией в интегрированной информационной среде предприятия, а также функциональные роли лиц, участвующих в этом процессе. Алгоритм может быть использован предприятиями при внедрении технологии управления конфигурацией.

9. Предложенные в работе методики апробированы на примере разработки проекта обрабатывающего центра на основе предъявленных к нему требований на стадиях проработки контракта, технического задания, конструкторской подготовки производства и изготовления.

Описана процедура выбора базовой конструкции станка для последующей разработки новой разновидности при помощи методики оценки предпочтительности.

10.В связи с необходимостью государственной регламентации технологии управления конфигурацией разработан проект национального стандарта РФ, устанавливающего базовые принципы этой технологии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Карасев, Дмитрий Сергеевич, 2006 год

1. Р50.1.031-2001. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Терминологический словарь. Часть 1. Стадии жизненного цикла продукции, Госстандарт РФ 2001 г.

2. Материалы web-сервера http://www.calscenter.com

3. Jari S. CALS. Stockholm: Magnusson Torbjorn Holm, 1996. - 182p.

4. Keller, Erik L. Enterprise Resource Planning. The changing application model // Gartner Group, February 5, 1996, White paper. p.8.

5. Kirkley, James and Seitz, Brian. STEP Framework Concepts and Principles. ISO TC184/SC4/WG5, 1991.

6. Smith J.M. CALS. An introduction to CALS: The Strategy and the Standards. -Dublin: The Cromwell Press Ltd, 1990. 143p.

7. Wenzel, Bernd. A Data Integration Architecture for SC4. ISO TC184/SC4/WG10 N89, March 1997.

8. West, Matthew. Integration of Industrial Data for Exchange, Access and Sharing (IIDEAS). ISO ТС 184/SC4/WG10 N85, December 1996.

9. NATO CALS Handbook, March 2000, Brussels (см. http://www.nato.be)

10. Черпаков Б.И., Судов E.B. Роль ИАСУ в функционировании автоматизированных заводов // Интегрированная АСУ автоматизированных производств, Сборник научных трудов ЭНИМС, М., 1992, - с. 3-7.

11. Дмитров В.И. Опыт внедрения CALS за рубежом // Автоматизация проектирования. 1997. №1.

12. Дмитров В.И., Макаренков Ю.М. Аналитический обзор международных стандартов STEP, PLIB, MANDATE. // Информационные технологии. 1996. -№1. с.6-11.

13. Норенков И.П. Международные стандарты информационной поддержки этапов жизненного цикла продукции. // Информационные технологии. 1999. -№4. с.49-51.

14. Норенков И.П., Кузьмин П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии. -М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2002. 320с.

15. Овсянников М.В. Информационная модель производственно-логистической системы в стандарте STEP. // Вестник МГТУ. Машиностроение, 1995. №3. -с. 17-21.

16. Овсянников М.В., Шильников П.С. Глава семьи информационных CALS-стандартов ISO 10303 STEP. // САПР и Графика. 1997. №11. - с.76-82.

17. Альперович Т.А., Барабанов В.В., Давыдов А.Н, Сергеев С.Н., Судов Е.В., Черпаков Б.И. Компьютеризированные интегрированные производства и CALS-технологии в машиностроении. М.: ГУП ВИМИ, 1999. - 512с.

18. Судов Е.В. Информационная поддержка жизненного цикла продукта. \\ PC WEEK №45,1998. с15.

19. Компьютерно-интегрированные производства и CALS-технологии в машиностроении. Под ред. Д-ра техн. Наук, проф. Б. И. Черпакова. М.: ГУП «ВИМИ», 1999.-512с.

20. Давыдов А.Н., Барабанов В.В., Судов Е.В., Подколзин В.Г. CALS-технологии или информационная поддержка жизненного цикла продукта. \\ «Проблемы продвижения продукций и технологий на внешний рынок», специальный выпуск, 1998, с27-31.

21. Давыдов А.Н., Барабанов В.В., Судов Е.В., Шульга С.С. CALS (Поддержка жизненного цикла продукции): Руководство по применению. \\ М.:ГУП ВИМИ, 1999, 44с.

22. Кабанов А.Г., Давыдов А.Н., Барабанов В.В., Судов Е.В. CALS-технологии для военной продукции. \\ «Стандарты и качество», N3, 2000, с.33-38

23. Левин А.И., Судов Е.В. CALS сопровождение жизненного цикла. \\ «Открытые системы», март 2001. с.58 - 62.

24. Левин А.И., Судов Е.В. Концепция и технологии компьютерного сопровождения процессов жизненного цикла продукции. \\ В кн.:

25. Информационные технологии в наукоемком машиностроении. Компьютерное обеспечение индустриального бизнеса. Под ред. А.Г. Братухина. Киев: Техника, 2001. с.612 625.

26. Концепция развития CALS-технологий в промышленности России / НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика»; Е.В. Судов, А.И. Левин, А.Н. Давыдов, В В. Барабанов М., 2002.

27. Судов Е.В. Интегрированная информационная поддержка жизненного цикла машиностроительной продукции. Принципы. Технологии. Методы. Модели. М.: ООО Издательский дом «МВМ», 2003. - 264с.

28. Якунин В.А., Черпаков Б.И., Гришин В.М., Шрайбман С.М. Прогноз развития станкостроительной промышленности \\ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ РОССИИ №5 (13), 1998г. с.20-27

29. Горленко О.А., Мирошников В.В. Создание систем менеджмента качества в организации: Монография. -М.: Машиностроение, 2000. 126с.

30. Никитин В.А. Управление качеством на базе стандартов ИСО 9000:2000. -СПб., 2002. 272 с.

31. Мазур И.И., Шапиро В.Д. Управление проектами. Справочник для профессионалов. М.: Изд-во "Высшая школа", 2001. - 875с.

32. ГОСТ Р ИСО/ТО 10006-1997. Менеджмент качества. Руководство качеством при управлении проектами

33. ГОСТ Р ИСО 9000-2001. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь

34. ГОСТ Р ИСО 9001-2001. Системы менеджмента качества. Требования.

35. Методы реализации процессного подхода. Серия «Все о качестве. Отечественные разработки». Выпуск 10, 2001. М.: НТК «Трек», 2002, 48с.

36. Никитин В.А. Управление качеством на базе стандартов ИСО 9000:2000. -СПб., 2002.-272 с.

37. ГОСТ Р ИСО 9004-2001. Системы менеджмента качества. Рекомендации по улучшению деятельности

38. Р 50-601-34-93. Рекомендации. Система сертификации ГОСТ Р. Формирование требований к продукции в нормативных документах, используемых для целей сертификации.

39. MIL-STD-2549 "Configuration management data interface. Interface standard"

40. MIL-HDBK-61 "Configuration management guidance"

41. MIL-STD-480 "Configuration control"

42. MIL-STD-481 "Configuration control"

43. MIL-STD-483 "Configuration management practices"

44. MIL-STD-973 "Configuration management"

45. STANAG 4159 NATO "Materiel configuration management policy"

46. STANAG 4188 NATO "Materiel configuration management procedures"

47. IEEE Std 828 "Software configuration management plans"

48. IEEE Stdl042 "Guide to software configuration management"

49. ISO 10007 "Quality management Guidelines for configuration management"

50. MC ИСО 10007-95. Административное управление качеством. Руководящие указания по управлению конфигурацией51. http://www.slovari.ru «Толковый словарь русского языка» С.И. Ожегова и Н.Ю. Шведовой

51. Черемных С.В., Семенов И.О., Ручкин B.C. «Моделирование и анализ систем. IDEF-технологии: практикум» М.: Финансы и Статистика, 2002. -192с.

52. ISO 10303-203 "Industrial automation systems and integration Product data representation and exchange. Application Protocol: Configuration controlled 3D designs of mechanical Parts and assemblies"

53. ISO 10303-44 "Product data representation and exchange Integrated generic resource: Product structure configuration"

54. Система разработки и поставки продукции на производство (СРПП). Терминология / Справочник. М.: Изд. Стандартов, 1985. - 56с.

55. Р50.1.028-2001 Информационные технологии поддержки жизненного цикла изделия. Методология функционального моделирования.

56. Материалы web-сервера http://www.cals.ru

57. Левин А.И., Судов Е.В. Методы и технологии управления конфигурацией сложных изделий \\ Технологии приборостроения №4, 2003.

58. Горбатов В.А. Основы дискретной математики: Учеб. Пособие для студентов вузов М.: Высшая школа., 1986. - 311 с.

59. Левин А.И., Судов Е.В. Управление конкурентоспособностью наукоемкой продукции на основе современных информационных технологий \\ Технологические системы №2 (28), 2005.

60. Основные положения и результаты диссертационной работы отражены вследующих публикациях:

61. Д.С. Карасев, А.И. Яцкевич, Д.Н. Бороздин Управление изменениями в системе PSS // САПР и графика, 2003, №5. с.34-38

62. Д.С. Карасев — Реализация технологии управления конфигурацией в системе PDM STEP Suite // Актуальные вопросы станкостроения: Сб. науч. трудов ЭНИМС / под ред. Б. И. Черпакова. М., 2004, с. 43-55

63. Д.С. Карасев Реализация технологии управления конфигурацией в PDM-системе // Информационные технологии в проектировании и производстве: Науч.техн.журн./ФГУП «ВИМИ», 2006, №1. с. 17-22