Концепции и технологии цифровизации машиностроительного предприятия. Учебное пособие

скачать книгу бесплатно


Рис. 1.8. Вариант производственной пирамиды от компании LNS (вариант на русском языке дан по [12])

На верхнем уровне (уровне 4) располагаются системы бизнес уровня (Управление предприятием, работа с заказами, работа с поставщиками – ERP; бизнес-аналитика – BI, конструкторская и технологическая подготовка производства – здесь классическая трактовка CADCAMCAE в последнее время включена в понятие PLM), уровни 1—2 – это уровни систем управления оборудованием (как отдельными станками, так и комплексами). Уровень MOM предназначен для связи бизнес уровня и уровней систем управления (дискретной автоматизации). Принципиально важно, что на уровнях 1—3 управление осуществляется в режиме реального времени.

LNS Research опубликовала даже отдельный пост, поясняющий разницу между MOM и MES. Суть его в том, что термин MES появился в 1990 году еще до введения стандарта ISA 95 (1995 года), и потому многие поставщики называют MES системой продукт, выполняющий ряд MOM задач. Теперь термин MES чаще связывают с продуктом, а MOM – с классом продуктов или задач.

LNS ввела термин EQMS (Enterprise QMS) для задач, решаемых на уровне 4. Оперативное управление качеством располагается на уровне 3, т.е. входит в MOM. Разделение задач между уровнями 3 и 4 как раз и обусловлено тем, что задачи уровня 3 выполняются в режиме реального времени. Системы класса QMS обычно включают функционал обоих уровней.

Однако уже появляются публикации о том, что полная реализация возможностей умного производства потребует замены классической архитектурной парадигмы производственной системы, основанной на иерархической модели управления (например [1]). Новая парадигма строится на распределенных производственных услугах, также называемых киберфизическими производственными системами (CPP). Смена парадигмы стала возможной благодаря внедрению интеллектуальных устройств, доступных в качестве сетевых сервисов, более глубокому встроенному интеллекту на всех уровнях, прогнозной аналитике, позволяющей оперативно управлять, и облачным технологиям, обеспечивающим виртуализацию функций управления и проектирования на всех иерархических уровнях. При наличии этих возможностей повсеместная автоматизация на всех иерархических уровнях с использованием новых подходов к управлению является реальной возможностью. Но до появления новых стандартов на эту тему дело пока не дошло.

Рассмотрим подробнее эти системы и начнем с PLM.

Контрольные вопросы

1. Определение термина «Жизненный цикл изделия»

2. Какие еще жизненные циклю бывают, кроме ЖЦИ?

3. Назовите главные предпосылки бурного развития информационных технологий и систем их применения в управлении предприятием.

4. Чем отличаются автоматизация, цифровизация, цифровая трансформация?

5. Какие известны концепции оптимизации производства?

6. Что такое Цифровые двойники?

7. Основные ИТ системы машиностроительного предприятия.

Глава 2. PLM – Управление жизненным циклом изделия

2.1 Определение PLM

PLM – английская аббревиатура от Product Lifecycle Management, в переводе «управление жизненным циклом изделия». CIMdata определяет PLM как:

– стратегический подход к организации бизнеса, подразумевающий применение набора решений, позволяющего совместно создавать, управлять и распространять повторно используемую информацию, наиболее точно описывающую разрабатываемый и производимый «продукт/изделие»;

– поддерживает расширенное представление производства (учитывает заказчиков, поставщиков, партнеров и т. д.);

– объединяет данные об изделии от концептуальной стадии до производства/утилизации;

– интегрирует людей (исполнителей), процессы, корпоративные ИС и накопленную совместно информацию.

Под PLM (Product Lifecycle Management) понимают систему управления жизненным циклом продукции реализующую технологии управления данными в информационном пространстве, едином для различных автоматизированных систем. Технологии PLM объединяют методики и средства информационной поддержки изделий на протяжении всех этапов жизненного цикла изделий. Характерная особенность PLM – обеспечение взаимодействия как средств автоматизации разных производителей, так и различных автоматизированных систем многих предприятий, то есть технологии PLM (включая технологии CPC (Collaborative Product Commerce)) являются основой, объединяющей информационное пространство, в котором функционируют САПР, ERP, PDM, SCM, CRM и другие автоматизированные системы многих предприятий.

Отличия PDM и PLM можно сформулировать так. Целевой группой пользователей PDM систем являются инженеры, технологи и менеджеры среднего звена, т.е. нет выхода на корпоративный уровень. PLM ввиду интеграции с системами SCM, CRM и ERP, являются инструментом менеджеров верхнего уровня, предоставляя информацию всем заинтересованным лицам.

В целом же PLM – это совокупность программных систем CAE/CAD/CAM/PDM и ERP/CRM/SCM, методики их применения, а главное – людей, обладающих должной компетентностью. PLM – это стратегический подход к бизнесу, при котором применяется набор интеллектуальных инструментальных средств, поддерживающих совместное создание, управление, изменение и использование данных о продукции в рамках расширенной модели предприятия (то есть модели предприятия, включающей, помимо собственно производства, привлечение к работе с данными о продукции как контрагентов, так и конечных заказчиков продукции), и обмен данными осуществляется в рамках единого информационного пространства (включая единые бизнес-процессы, бизнес-приложения и данные). При этом PLM управляет данными, находящимися преимущественно в цифровом виде. При этом особо подчеркивается, что PLM не является какой-либо конкретной технологией или каким-либо отдельным программным продуктом. Таким образом, речь идет о стратегическом подходе, для реализации которого требуется использовать не одну, а несколько систем в рамках единого интегрированного решения (причем не исключено, что эти системы могут быть от разных производителей)

Концепция PLM возникла в отраслях, связанных с разработкой и производством сложных технических изделий (авиационно-космическая отрасль, оборонно-промышленный комплекс, точное машиностроение и др.).

Основные этапы ЖЦИ и связь данных между этапами показана на рис. 2.1

Рис. 2.1. Основные этапы ЖЦИ и связь данных между этапами

В каких отраслях PLM наиболее актуален? В авиастроении, судостроении, автомобилестроении и в некоторых оборонных отраслях. То есть, в тех сферах, которые к настоящему времени занимаются дискретным производством сложных технических изделий в рамках глобальной кооперации с другими разработчиками и поставщиками узлов. Часто надо выпускать такие изделия не массово, а со специализацией под конкретного заказчика.

Причем PLM включает в себя известные системы классов CAD/CAM/CAE/PDM (рис. 2.2). Концепция PLM предполагает, что создается единая информационная база, описывающая три краеугольные компоненты: Продукт – Процессы – Ресурсы – и взаимосвязи между ними. Наличие такой объединенной модели обеспечивает возможность быстро и эффективно увязывать все эти три компоненты, оптимизируя решение под требования бизнеса.

Рис. 2.2. PLM включает в себя известные системы классов CAD/CAM/CAE/PDM [15]

Основные возможности [16]:

– Управление процессами проектирования

– Управление данными о составах изделия;

– Управление нормативно-справочной информацией;

– Управление изменениями;

– Разработка документации;

– Управление технологической подготовкой производства;

– Управление бизнес-процессами;

– Объединение программных продуктов в PLM-решение. Визуализация.

Дополнительные возможности:

– Управление требованиями;

– Управление проектами;

– Управление взаимоотношениями с поставщиками;

– Управление эксплуатацией и ремонтом;

– Отчеты и аналитика.

2.2 История развития PLM-систем

В 70-е годы 20-го века стали появляться первые коммерческие системы конструкторского проектирования – CAD (Computer-Aided Design). Данные программы использовали простые функциональные возможности для генерации двумерных чертежей технических изделий [13—16]. Начиная с 80-х годов на смену двумерных CAD пришли 3D CAD. Внедрение 3D-моделей поверхности и твердого тела привело к эволюции методов проектирования от статических, двумерных чертежей в нескольких видах и разрезах до динамических, трехмерных виртуальных геометрических моделей изделий. Следует отметить, что в этот период стали появляться системы расчётов и инженерного анализа – CAE (Computer-Aided Engineering), системы, предназначенные для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ – CAM (Computer-Aided Manufacturing) и ряд других специализированных программ.

Параллельно с разработкой средств автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM/CAE) стали появляться системы управления данными о продукции – PDM (Product Data Management). Данные системы создавались для поддержки CAD, CAM и CAE. Основная функциональность ранних систем PDM – это обеспечение пользователей необходимой информацией через центральное хранилище данных и обеспечение целостности данных в результате постоянных обновлений. Со временем возможности PDM-систем были расширены.