Цифровое производство

Размещено на http://allbest.ru

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна»

Высшая школа технологии и энергетики

Институт безотрывных форм обучения

Эссе

На тему: Цифровое производство

по дисциплине «Управление затратами»

Выполнил студент Бабаева Айсун Ялчиновна

Проверил: Овчинникова Т.А.

Санкт-Петербург

2022

В конце 1990-х гг. в ведущих автомобилестроительных концернах Германии (Daimler Chrysler, Mercedes-Benz-Pkw, Opel, BMW, Audi) пришло осознание возможности и необходимости реализации качественно нового уровня автоматизации процессов на всех этапах жизненного цикла изделия: начиная с эскизного проектирования и заканчивая выводом из эксплуатации и утилизацией отслужившей свой срок техники.

Для обозначения производства, существующего в условиях «тотальной информатизации», было предложено несколько различных названий, из которых наибольшую популярность получил термин Digitale Fabrik (цифровая фабрика), но чаще сущность Digitale Fabrik сегодня выражают с помощью «интернационального» термина e-Manufacturing (цифровое производство).

В основе идеи e-Manufacturing лежит непрерывное (в буквальном переводе с немецкого -- сплошное) применение цифровых моделей в процессе проектирования и эксплуатации производственных систем. При этом моделируются не только сами изделия, но и производственное оборудование, материалопотоки, а также протекание производственных и логистических процессов с учетом эргономических показателей и человеческого фактора.

Целью применения e-Manufacturing является достижение такого уровня моделирования объектов и процессов, при котором реальный процесс производства начнется только после изучения и оптимизации с помощью моделей абсолютно всех его элементов. Главный принцип, которым должен руководствоваться специалист на производстве в этих условиях: «What I see is what I get» (сокращенно WISIWIG -- переводится как «Что я вижу, то я и получу»).

Цифровое производство -- это концепция технологической подготовки производства в единой виртуальной среде с помощью инструментов планирования, проверки и моделирования производственных процессов. Цифровое производство является одной из составляющих технологии управления жизненным циклом изделия (PLM), его основная цель -- оптимизация сложных производственных технологических процессов. К этой категории относятся инструменты, позволяющие передавать данные из проектных систем в производственные, разрабатывать, моделировать и визуализировать производственные системы и процессы, планировать и оценивать качество различных технологических процессов.

Комплекс решений цифрового производства относится к классу МРМ- систем (Manufacturing Process Management -- управление производственным процессом). Если в CAD/CAM/CAE-системах в большинстве случаев применение конкретного программного инструмента связанно с получением цифрового макета изделия и распределение ролей четко детерминировано содержанием выполняемых работ (проектировщик поверхностей, компоновки, твердотельной геометрии и т.д.), то в МРМ-системах эта зависимость гораздо более гибкая.

Это обусловлено тем, что технологические процессы в разных отраслях промышленности могут существенно различаться, даже предприятия одной отрасли могут иметь различные технологические процессы. Стоимость устранения реальных ошибок всегда выше, чем виртуальных. Системы цифрового производства позволяют сократить риски и затраты за счет виртуальной превентивной проверки производственных процессов, сократить инвестиции в производство, ускорить ввод производственного оборудования в эксплуатацию, экономить производственные площади, выявлять потенциальные «узкие места» и проблемы в производстве.

Организация цифрового производства помогает сэкономить время и деньги, затрачиваемые на подготовку реального производства на ранних стадиях проектирования. Цифровые модели позволяют анализировать различные варианты организации производства с целью его оптимизации без вмешательства в работу реальной системы, задолго до строительства и монтажа производственного оборудования, или оптимизировать работу существующих систем за счет проверки изменений, проверенных на цифровой модели. Имитационные и графические модели виртуальной реальности в рамках концепции e-Manufacturing. Классические подходы к имитационному моделированию (дискретному) производственных и логистических процессов (см. параграф 3.2) нашли свое наиболее полное воплощение в реализации современных решений цифрового производства. Для хранения всех данных, относящихся к сфере e-Manufacturing, используются специальные средства управления данными, которые позволяют обеспечивать информационную интеграцию всех видов деятельности, связанных с подготовкой и реализацией процесса производства.

Ядром каждой системы является специальный банк данных, в котором представлены основные базовые структуры данных производственного назначения, которые соответствуют данным о продуктах, процессах и ресурсах (Product, Process and Resources -- PPR). Цифровое производство основывается на трехмерном моделировании производственных систем. Участники производственной деятельности получают возможность наблюдать статические объекты и динамические процессы в производственных системах, как правило, в виде трехмерных изображений, создаваемых с помощью методов виртуальной реальности.

Для реализации концепции e-Manufacturing используются программные продукты трех групп:

1) средства для «интеллектуального» хранения разнообразных текстовых и графических данных об изделии и производственного назначения, первоначально представленных в самых различных форматах;

2) средства для имитационного (дискретного) моделирования объектов и процессов в производственной системе;

3) средства для визуализации моделируемого объекта и результатов моделирования.

Всю суть технологического содержания концепции цифрового производства сточки зрения моделирования можно описать формулой: «Simulation ++ Virtual Reality». VR-модели (Virtual Reality -- виртуальная реальность) могут создаваться как в среде пакетов моделирования, так и с помощью языков моделирования, таких как язык VRML, который фактически стал стандартным средством представления трехмерных графических моделей в промышленных приложениях. Трехмерная анимация и визуализация производственных процессов детально воспроизводят все конструктивные характеристики изделий, производственного оборудования и вспомогательной техники, планировочных решений по размещению компонентов производства (оборудование, зоны хранения и др.) и перемещаемой в процессе производства техники (транспортные средства и др.) и даже работу человека.

Предприятие, внедрившее концепцию e-Manufacturing, использует различные виды имитационных моделей (дискретные) производственных и логистических систем и процессов, иерархически построенные, в том числе:

* модели систем транспортировки грузов по территории предприятия с помощью мобильных средств (погрузчиков, трейлеров и т.п.);

* модели сборочных конвейеров;

* модели складских процессов, имитирующих прием грузов, перемещение грузов в зоны хранения и обратно, отбор, комплектацию, упаковку и отправку грузов;

* модели планировочных решений, размещения и проектирования производственных площадей (layout planning);

* модели цепей поставок, описывающих внешнюю логистику предприятия; и др.

Имитационные модели производственных и логистических процессов предназначены для анализа и оптимизации производственных и логистических систем и выбора стратегий управления ими, включая стратегии управления материалопотоками, загрузку ресурсов и логистику всех уровней планирования от целого производства и сети производств до отдельных линий и участков. Моделирование сложных производственных и логистических систем позволяет решать широкий класс задач на стратегическом, тактическом и оперативном уровнях управления. Задачи стратегического планирования возникают в случае создания новых или модернизации существующих производств. Основной целью является оценка функционирования производственной системы на больших временных интервалах (обычно от квартала до года) и вычисление основных производственных показателей. По результатам моделирования принимается решение о типах и количестве единиц оборудования, о топологии системы и правилах организации материалопотоков.

Имитационная модель выступает основой принятия инвестиционных решений и выбора варианта модернизации производственной системы, оценки возможностей развития системы или внедрения современных концепций управления производством и ресурсосберегающих технологий, таких как «Just in Time», «Just in Sequence», инструментом проигрывания множества сценариев «что, если» без вмешательства в реальный процесс, например, при переходе на новый тип изделия или в условиях расширения номенклатуры выпускаемых изделий, наращивания производственной мощности или замены существующего оборудования на более технологичное.

Тактическое планирование подразумевает решение таких задач, как:

* оценка текущего состояния и эффективности функционирования действующей производственной системы;

* анализ «узких мест» на производстве;

* выбор рациональной организационно-технологической структуры, включая формирование и синхронизацию основных материальных потоков в пределах производственной системы, выбор необходимого состава оборудования и рабочих ресурсов для выполнения технологического процесса.

Например, при формировании портфеля заказов может потребоваться оценка того, как в условиях привлечения дополнительных заказов выполняется соответствие фактических сроков выполнения заказов плановым ограничениям.

Оперативное и календарное планирование означает построение графика производства на короткий период времени -- от часов до дней. С помощью имитационной модели осуществляются текущее планирование, составление расписания загрузки технологического оборудования, разрабатывается оперативно-плановое задание или сменно-суточное задание для персонала, выполняется расчет графика поступления заказов (деталей) и оснастки производственного участка, решаются задачи диспетчирования (определяются способы и правила назначения деталей на обработку), формируются оптимальные технологические маршруты прохождения деталей в процессе производства и т.и.

Основой для решения каждого из перечисленных типов задач может служить одна и та же дискретная имитационная модель производственной системы, детализированная и настроенная с учетом особенностей решаемого класса задач. Так, для решения стратегических задач потребуются временные характеристики процессов, заданные с помощью усредненных параметров распределения соответствующих характеристик. Для тактического планирования необходимы сбор и обработка статистики по временным характеристикам процессов, показателям надежности оборудования, полученной с реальной системы. Для оперативного планирования параметры надежности и статистические распределения параметров теряют свою актуальность и заменяются графиками использования основных ресурсов производства и движения материальных потоков.

Реализация таких моделей осуществляется с помощью коммерческих симуляторов для процессов с дискретными событиями: AnyLogic, Simula, Arena, AutoMod, eM-Plant, Extend, ProModel, QUEST, SIMFACTORY II.5, Taylor ED и WITNESS и др. В этих моделях имитируется перемещение во времени и в пространстве, как правило, большого числа динамических объектов, образующих в совокупности материальные потоки. Такие модели в пределах e-Manufacturing называются моделями материальных потоков -- Material Flow Models (Materiallluss-Modelle). В настоящее время на европейском рынке программных продуктов полные наборы взаимно совместимых продуктов для поддержки внедрения концепции e-Manufacturing представлены компаниями Siemens/PLM Software с системой Tecnomatix и Dassault Systemes, предлагающей систему DELMIA^[2]. В качестве инструмента для решения задач моделирования производственных систем в Tecnomatix используется симулятор eM-Plant^[3], в системе DELMIA -- симулятор QUEST^[4]. Эти инструментальные решения имеют развитые аналитические средства для статистического анализа и представления результатов моделирования в виде отчетов, графиков, диаграмм, а также средства для разворачивания трехмерной визуализации и симуляции производственных систем и ее элементов (рис. Bl, В2^[5]). Специализированное программное обеспечение симуляторов дискретного типа помимо традиционного анализатора «узких мест» содержит визуальные средства для совмещения блок-схем динамических моделей с методами анализа и планирования производственных процессов: диаграммы Сэнке (анализ материальных потоков), сетевые графики Ганта (производственное планирование), встроенные алгоритмы оптимизации производственных систем на основе генетических алгоритмов и др.

Специальные программные продукты цифрового производства позволяют решать задачи планирования производственных процессов, разработки планировочных решений, моделирования материальных и логистических потоков, планирования серийного производства, нормирования операций, моделирования процессов сборки, проведения эргономического анализа, моделирования промышленных роботов, проектирования оснастки, моделирования логики устройств и программируемых контроллеров, механизмов и станков с ЧПУ, подготовки рабочих и эксплуатационных инструкций и многих других. В системе имеется также целый ряд специализированных инструментов и библиотек, предназначенных для применения в тех или иных отраслях (например, подготовка раскроя металла для судостроения или балансировка производственной линии для конвейерного производства). Внедрение концепции цифрового производства дает возможность снизить количество ошибок в реальном производстве за счет их обнаружения и устранения на ранних этапах подготовки в виртуальной среде. В результате сокращения ошибок в реальном производственном процессе снижаются затраты на производство и время подготовки производства, поскольку ошибки технологии и организации производства обнаруживаются и устраняются на этапе проектирования, что позволяет осуществлять запуск производства в более короткие сроки. технологический производственный цифровой

Разработанные имитационные модели производственных систем в условиях осуществленного производства становятся тренажерами для его совершенствования, поверки внедрения новых управленческих подходов без остановки производства, инструментами производственного планирования.

Размещено на Allbest.ru