Файл: Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет) А. Е. Бром, З. С. Терентьева организация и управление жизненным циклом наукоемкой продукции Курс лекций.docx

Автоматизация задач инженерного анализа позволяет существенно повысить эффективность инжиниринговой деятельности в области ЖЦ за счет:

- сокращения трудоемкости проектирования и планирования;

- сокращения сроков проектирования;

- сокращения себестоимости и изготовления;

- повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;

- сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

Технико-экономический уровень новых изделий производственно-технического назначения является относительной характеристикой совокупности свойств, определяющих степень их технического совершенства, экономичности и способности удовлетворять потребности заказчика. Для оценки технического уровня и качества новой продукции используются система следующих основных показателей:

1. 
   показатели назначения, в том числе показатели функционирования, технической эффективности (производительность, мощность, скорость, быстродействие, точность и т.д.) и показатели конструкции (масса, габариты и др.);
   
2. 
   показатели надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость);
   
3. 
   показатели экономного использования сырья, материалов, топлива, энергии и трудовых ресурсов (их удельный расход на единицу основного показателя качества продукции);
   
4. 
   показатели, характеризующие ограничение вредного воздействия продукции, в том числе экономические показатели, характеризующие систему «человек – изделие» и учитывающие гигиенические, физиологические, психологические свойства человека; экологические показатели, характеризующие уровень вредного воздействия на окружающую среду, и показатели безопасности.
   

Процесс разработки новой продукции обладает специфическими особенностями, которые, в первую очередь, проявляются в длительности процессов, рискованности и высокой стоимости проектов разработки новой промышленной продукции.

Создание новых изделий является результатом выполнения целого комплекса работ научными, проектно-конструкторскими, технологическими и производственными коллективами. Данный комплекс работ охватывает понятие инжиниринг.

---

Инжиниринг – это совокупность процессов проектирования, разработки, создания и возможного улучшения новых видов изделий или техники. Таким образом, инжиниринг находится между наукой и производством, формируя технологическую (в том числе техническую) базу производственной деятельности.

Цель инжиниринга — разработать модель и создать объект, как можно более близко соответствующий этой модели. При эксплуатации необходимо в первую очередь корректно моделировать технологические процессы с учетом реальных событий жизненного цикла объекта. Таким образом, на всех этапах инжиниринга требуется непрерывное моделирование: в период строительства (создания) — моделирование устройства объекта, на стадии эксплуатации — моделирование процессов.

Основные этапы современного инжиниринга представлены на рис. 2.2.




Рис.2.2. Основные этапы современного инжиниринга

Первый этап представляет собой постановку задачи разработки изделия в соответствии с возможностями организации и требованиями заказчика. Выходные данные первого этапа представляют собой дескриптивную модель процесса, технические и экономические характеристики которой рассчитываются с помощью современных численных методов.

Основное внимание уделяется этапу проектирования, так как на этом этапе задаются не только основные технические характеристики изделия, но и разрабатываются модели организации производства и планирования ресурсов.

Проектирование изделия/конструкции представляет собой процесс определения архитектуры, компонентов, узлов и других параметров изделия или конструкции. Основные методы проектирования представлены на рис. 2.3.


Рис. 2.3. Классификация методов проектирования

САПР – системы автоматического проектирования (CAD, CAE, CAM и т.д.). Эти системы решают задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.

Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:

- сокращение трудоемкости проектирования и планирования;

- сокращение сроков проектирования;

- сокращения себестоимости и изготовления;

- повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;

- сокращение затрат на натурное моделирование и испытания.

---

В настоящее время на ранних этапах проектирования, когда необходимо проанализировать существующие технические решения, разработать технологическую документацию и построить дескриптивную модель процесса, широкое применение получили методы ТРИЗ.

На более поздних этапах проектирования, начиная с момента разработки рабочей документации и создания опытного образца, широко применяется системный анализ.

Системный анализ представляет собой компьютерную обработку дескриптивной модели и решение всех вопросов, связанных с созданием изделий, оценкой эффективности и затрат ресурсов, организацией производства, последующей модернизацией, с прогнозом возможных финансовых затрат и планированием материально-технического обеспечения в рамках всего жизненного цикла разрабатываемого изделия, включая его утилизацию.

Компьютерная имитация функционирования изделий (создание виртуальных прототипов) на фоне искусственно воспроизведенной обстановки обеспечивает практически все этапы процесса приобретения изделия, начиная с выработки технических требований и концепции изделия и заканчивая эксплуатацией и утилизацией сложных изделий.

Реализация объекта представляет собой проведение процессов подготовки и запуска производства.

При производстве новых видов продукции ограничение по времени является ключевым параметром. Основные временные затраты на всех этапах ЖЦ приходятся именно на стадию разработки и проектирования изделий. Поэтому ядром современного инжиниринга, позволяющим существенно сократить сроки разработки новых видов изделий, является концептуальная схема взаимосвязи численных методов и прототипирования.

---

2.3. Ключевые группы CAD/CAM/CAE/PDM/PLM-технологий и соответствующих рынков

Для того, чтобы эффективно управлять жизненным циклом необходимо использовать управленческие и информационные технологии, способные отслеживать и анализировать информацию об изделии на протяжении всего его жизненного цикла.

ИПИ-технологии включают системы автоматизации процессов проектирования и производства (CAD/CAM/CAE, ERP, MES, SCM, CRM, PDM) и к настоящему моменту дают возможность перейти к полному электронному моделированию процессов ЖЦ (информационной поддержке ЖЦ изделия, или технологиям PLM/ProductLifecycleManagement) в рамках концепции создания системы управления жизненным циклом – СУЖЦ). Результатом перехода к PLM становится реализация сквозного конструкторского, технологического и коммерческого циклов, от идеи изделия до его эксплуатации и утилизации.

В настоящее время для управления жизненным циклом продукции на различных этапах широко используют следующие компьютерные технологии – программные средства автоматизации:

1. 
   САD/САМ-системы (Computer-Aided Design/Manufacturing)–системы, которые обеспечивают интегрированное решение задач конструкторского и технологического проектирования.
   
2. 
   CAE - системы (Computer-AidedEngineering) – системы инженерного анализа, т.е. для автоматизации инженерных расчетов, самые передовые из которых представляют собой мультидисциплинарныенадотраслевые CAE-системы. С помощью (в рамках) CAE-систем разрабатывают и применяют рациональные математические модели, обладающие высоким уровнем адекватности реальным объектам и реальным физико-механическим процессам, выполняют эффективное решение многомерных исследовательских и промышленных задач, описываемых нестационарными нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных в пространственных областях сложной формы.
   
3. 
   CSRP (Customer Synchronized Resource Planning). Этот стандарт помимо всего прочего охватывает и взаимодействие с клиентами, оформление нарядов (заказов) и технических заданий, поддержка заказчика на местах и т.д. Таким образом, если стандарты MRP, MRPII и ERP ориентированы на внутреннюю организацию предприятия, то стандарт CSRP включает в себя полный цикл - от проектирования будущего изделия, с учетом требований заказчика, до гарантийного и сервисного обслуживания после продажи. Суть концепции CSRP главным образом состоит в том, чтобы интегрировать заказчика (покупателя, клиента) в систему управления предприятием. Согласно данной концепции не отдел сбыта, а непосредственно сам покупатель размещает заказ на изготовление продукции, сам отвечает за правильность его исполнения и при необходимости отслеживает соблюдение сроков производства и поставки. При этом само предприятие может очень четко отслеживать тенденции спроса на его продукцию
   
4. 
   CAE – программные пакеты, как правило, основаны на методе конечных элементов, объёмов, оболочек и их совмещений, либо модификаций.
   

---

Основная задача инженерного анализа – выявить потенциально опасные, наиболее нагруженные места в проекте и найти оптимальное конструктивное решение на этапе проектирования.

5. 
   PDM-системы (Product Data Management, PDM) – системы управления данными об изделии, иногда называемые системами для коллективной работы с инженерными данными (Collaborative PDM, cPDM).
   
6. 
   ERP-системы (Enterprise Resources Planning, ERP) – системы планирования и управления ресурсами предприятия, а в нанынешнего столетия самое серьезное внимание было обращено на MES-системы
   
7. 
   MES-системы (Manufacturing Enterprise Solutions, MES) – корпоративные системы управления производством на уровне цеха.
   
8. 
   SCM-системы (Supply Chain Management, SCM) – системы управления цепями поставок и взаимоотношениями с поставщиками.
   
9. 
   CRM-системы (CustomerRelationshipManagement, CRM) – системы управления взаимоотношениями с заказчиками.
   
10. 
    MRM (Marketing Resource Management) - управление маркетинговыми ресурсами, в которых реализованы процессы создания и проведения маркетинговых кампаний, в том числе их бюджетирование, разработка этапов продвижения, создание списков рассылки и отслеживание маркетинговых исследований.
    
11. 
    EAM-cистема (Enterprise Asset Management System) — cистема управления основными фондами. Предназначена для автоматизации бизнес-процессов учета, технического обслуживания и ремонта основных фондов. Обеспечивает комплексную и согласованную деятельность организации, целью которой является идеальное управление физическими активами и режимами их работы, рисками и расходами в процессе жизненного цикла для достижения и выполнения стратегических планов организации. EAM дает возможность уменьшения простоя оборудования, сокращения затрат на техобслуживание, ремонты и материально-техническое снабжение.
    
12. 
    PLM-технологии – объединение и эффективное взаимодействие изолированных участков автоматизации, образовавшихся в результате внедрения различных систем – CAD / CAM / CAE / PDM (EKM/ SLM/SPM/PSM/ESM) / PLM и ERP, MES, SCM и CRM – в рамках единого информационного пространства, а также для реализации сквозного конструкторского, технологического и коммерческого циклов производства. В ходе развития PLM менялись и подходы к определению жизненного цикла изделия. Так, если двадцать лет назад под жизненным циклом понимались, как правило, проектные и конструкторские работы, поскольку инструментальные средства были сосредоточены прежде всего на автоматизированном проектировании при управлении данными, то в конце 1980-х подход включил уже и поток операций, и процессы, происходящие при развитии жизненного цикла изделия. Таким образом, имеет место обмен информацией и процессами между различными направлениями опытно-конструкторских работ.
    

---