Компьютерное проектирование производства

Компьютеризированное производство (CAPE) — относительно новая и значимая отрасль машиностроения. Глобальное производство изменило среду, в которой производятся товары. Между тем, быстрое развитие электроники и коммуникационных технологий требует от проектирования и производства идти в ногу со временем. ^[1]

Описание CAPE

CAPE рассматривается как новый тип среды компьютерного проектирования, который повысит производительность труда производственных/промышленных инженеров. Эта среда будет использоваться инженерами для проектирования и внедрения будущих производственных систем и подсистем. США В настоящее время в Национальном институте стандартов и технологий (NIST) ведутся работы над системами CAPE. Проект NIST направлен на продвижение разработки программных сред и инструментов для проектирования и проектирования производственных систем. ^[2]

CAPE и будущее производства

Будущее производства будет определяться эффективностью, с которой оно сможет внедрять новые технологии . Текущий процесс в инженерно-производственных системах часто носит разовый характер , а компьютеризированные инструменты используются ограниченно. Учитывая затраты и ресурсы, необходимые для создания и эксплуатации производственных систем, инженерный процесс необходимо сделать более эффективным. Новые вычислительные среды для инженерно-производственных систем могут помочь в достижении этой цели.

Почему важно CAPE? Точно так же, как дизайнеры продуктов нуждаются в системах автоматизированного проектирования, производственные и промышленные инженеры нуждаются в сложных вычислительных возможностях для решения сложных проблем и управления огромными данными, связанными с проектированием производственной системы.

Чтобы решить эти сложные проблемы и управлять проектными данными , необходимо использовать компьютеризированные инструменты для применения научных и инженерных методов к проблеме. проектирование и внедрение производственных систем. Инженеры должны рассматривать весь завод как систему и взаимодействие этой системы с окружающей средой. Компоненты заводской системы включают в себя:

физический завод, на котором находится производственное помещение;
производственные мощности, на которых осуществляются производственные операции;
технологии, используемые на производстве;
рабочие центры/станции, машины , оборудование, инструменты и материалы, которые составляют или используются на производственных объектах;
различные вспомогательные объекты;
отношения между фабрикой и окружающей средой.

CAPE должна не только заниматься первоначальным проектированием и проектированием завода, но и учитывать улучшения с течением времени. CAPE должен поддерживать стандартные инженерные методы и методы решения проблем, автоматизировать рутинные задачи и предоставлять справочные данные для поддержки процесса принятия решений.

Среда должна быть спроектирована так, чтобы помочь инженерам стать более продуктивными и эффективными в своей работе. Это будет реализовано на персональных компьютерах или инженерных рабочих станциях, оснащенных соответствующими периферийными устройствами. Разработчикам инженерных инструментов придется интегрировать функции и данные, используемые в ряде различных дисциплин, например:

производство, промышленное и машиностроение;
обработка материалов и инженерия качества;
экологическая инженерия,
математическое моделирование, статистическое управление процессами и информатика,
экономический анализ и анализ затрат и наука управления,

Многие методы, формулы и данные, связанные с этими техническими областями, в настоящее время существуют только в инженерных справочниках. Хотя некоторые компьютеризированные инструменты доступны, они часто очень специализированы, сложны в использовании, не обмениваются информацией и не работают вместе. Инженерные инструменты, созданные разными поставщиками, должны быть совместимыми с помощью архитектур открытых систем и стандартов интерфейса. ^[3]

Как будет выглядеть CAPE

CAPE будет основан на компьютерных системах, которые предоставляют интегрированный набор инструментов проектирования и проектирования. Эти программные инструменты будут использоваться инженерами-технологами компании для постоянного совершенствования своих производственных систем. Они будут хранить информацию о производственных ресурсах, расширять производственные возможности и разрабатывать новые объекты и системы. Инженеры, работающие на разных рабочих станциях, будут обмениваться информацией через общую базу данных.

Используя CAPE, команда инженеров за считанные дни подготовит подробные планы и рабочие модели для всего завода. Альтернативные решения производственных проблем могут быть быстро разработаны и оценены. Это было бы значительным улучшением по сравнению с нынешними ручными методами, которые могут потребовать недель или месяцев интенсивной работы.

Для достижения этой цели необходим новый набор инженерных инструментов. Примеры функций, которые должны поддерживаться, включают:

определение характеристик продукции и производственных требований;
анализ технологичности продуктов и модификация конструкций продуктов для решения проблем технологичности и управления, планирования и отслеживания проектов;
моделирование и спецификация производственных процессов, планировка предприятий и планирование объектов;
рассмотрение различных экономических/затратных компромиссов различных производственных процессов, систем, инструментов и материалов;
анализ, поддерживающий выбор систем/поставщиков и закупку производственного оборудования и вспомогательных систем;
проектирование задач и рабочего места;
соблюдение различных правил, спецификаций и стандартов, а также контроль опасных материалов.

Инструменты, реализующие эти функции, должны быть высокоавтоматизированными и интегрированными; и потребуется обеспечить быстрый доступ к широкому спектру данных. Эти данные должны храниться в формате, доступном и пригодном для использования инженерными инструментами. Некоторые примеры информации, которая может содержаться в этих электронных библиотеках, включают:

модели и данные производственных процессов, а также общие конфигурации производственных систем;
спецификации машин и оборудования и каталоги поставщиков;
рекомендуемые методы, практики, алгоритмы и т. д., а также данные сравнительного анализа;
типовые схемы установки/системы,
модели оценки затрат, ставки рабочей силы, другие данные о затратах и шаблоны бюджета,
стандарты времени, промышленные стандарты, планы проектов и законы/правительственные постановления.

Эти онлайн-библиотеки позволят инженерам быстро разрабатывать решения, основанные на работе других.

Еще одним важным аспектом этой инженерной среды является доступность, которая Лучше всего этого можно достичь, проектируя среду, которая может быть построена из недорогих готовых коммерческих продуктов, а не из специально разработанного компьютерного оборудования и программного обеспечения. Базовая инженерная среда должна быть доступной. Как по экономическим, так и по техническим причинам, он должен быть спроектирован так, чтобы иметь возможность поддерживать дополнительные обновления. Постепенные обновления позволят компаниям добавлять возможности по мере необходимости. Коммерческие программные продукты должны легко устанавливаться и интегрироваться с другим уже используемым программным обеспечением. Эти возможности сегодня в ограниченной степени существуют в некоторых коммерческих программах общего назначения, например, в текстовых процессорах, базах данных, электронных таблицах. ^[4]

Технические проблемы

При проектировании и разработке новых инженерных инструментов для CAPE необходимо учитывать множество технических вопросов. Эти проблемы включают в себя:

требуемая функциональность самих инструментов;
формализация и совершенствование инженерных методов;
разработка онлайновых технических справочных библиотек, а также пользовательское проектирование и графическая визуализация;
методы пользовательской инженерии и графической визуализации;
возможность подключения систем и обмен информацией, а также стандарты интеграции для вычислительной среды;
включение интеллектуального поведения в инструменты.

Необходимо рассмотреть три важнейших элемента: создание общей информационной модели производственных систем; использование подхода жизненного цикла проектирования; и разработку структуры интеграции программных инструментов.

Разрешение этих элементов поможет гарантировать, что независимо разработанные системы смогут работать вместе. Общая информационная модель должна идентифицировать элементы производственной системы и их взаимоотношения друг с другом; функции или процессы, выполняемые каждым элементом; инструменты, материалы и информация, необходимые для выполнения этих функций; и меры эффективности модели и ее составных элементов.

На протяжении многих лет предпринималось много усилий по разработке информационных моделей для различных аспекты производства, но ни одна известная существующая модель не отвечает полностью потребностям среды CAPE. Следовательно, жизненного цикла необходим подход для определения различных процессов, которые должна поддерживать среда CAPE, и должен определять все этапы существования производственной системы или подсистемы. Некоторые из основных этапов, которые могут быть включены в подход жизненного цикла системы: идентификация требований; спецификация проекта системы; выбор поставщика; развитие и модернизация системы; установка, тестирование, обучение; и бенчмаркинг производственных операций.

Функции управления, координации и администрирования должны выполняться на каждом этапе жизненного цикла. Этапы могут повторяться с течением времени по мере модернизации или реорганизации системы для удовлетворения меняющихся потребностей или внедрения новых технологий.

Структура интеграции программных инструментов должна определять, как эти инструменты могут быть независимо спроектированы и разработаны. Эта структура будет определять, как инструменты CAPE будут работать с общими службами, взаимодействовать друг с другом и координировать действия по решению проблем. Хотя некоторые существующие программные продукты и стандарты в настоящее время решают проблему общих сервисов, проблема взаимодействия инструментов остается по большей части нерешенной. Проблема взаимодействия инструментов не ограничивается областью разработки автоматизированных производственных систем — она широко распространена во всей индустрии программного обеспечения. ^[5]

Текущее состояние CAPE

Первоначальная среда CAPE была создана на основе готовых коммерческих пакетов программного обеспечения (COTS). Эта новая среда используется для демонстрации коммерчески доступных инструментов для выполнения функций CAPE, для лучшего понимания и определения функциональных требований к отдельным инструментам проектирования и общей среде, а также для выявления проблем интеграции, которые необходимо решить для реализации совместимых сред в будущее.

Несколько инженерных демонстраций с использованием инструментов COTS находятся в стадии разработки. Эти демонстрации предназначены для иллюстрации различных типов функций, которые необходимо выполнять при проектировании производственной системы.

Функции, поддерживаемые текущей средой COTS, включают: спецификацию/схемы системы, процессов блок-схемы , информационное моделирование , автоматизированное проектирование продукции, планировка завода, анализ материальных потоков , эргономичный дизайн рабочего места, математическое моделирование, статистический анализ, балансировка линий, моделирование производства, инвестиционный анализ, управление проектами, разработка систем, основанных на знаниях, электронные таблицы, подготовка документов, разработка пользовательского интерфейса, иллюстрация документов, управление формами и базами данных. ^[6]

Примечания

Источники

Дж. П. Таннер, Промышленное производство: введение в основные функции, Марсель Деккер, Нью-Йорк, 1991.
Г. Салвенди (редактор), Справочник по промышленной инженерии, Wiley Interscience, Нью-Йорк, 1992.
Д. Даллас (редактор), Справочник инженера по инструментам и производству, McGraw-Hill, Нью-Йорк, 1976.
У.Д. Комптон (редактор), Проектирование и анализ интегрированных производственных систем, National Academy Press, Вашингтон, округ Колумбия, 1988 г.