Знакомьтесь, информационные технологии - Аркадий Воловник

Станки с программным управлением (фактически – со встроенным компьютером) при крупносерийном производстве менее эффективны, чем специализированные комплексы. Это связано с тем, что они имеют универсальные рабочие органы, на которых можно изготавливать различные детали и узлы. Использование интеллектуальной программной системы управления позволило поднять производство на качественно новый уровень: теперь можно ввести в память компьютера конструкторскую документацию и получить на таком станке необходимую деталь. Если же изменять документацию (то есть исправлять в компьютере данные о конструкции изделия), то можно автоматически получать индивидуальные детали. Если же установить несколько станков и связать их манипуляторами (тоже с программным управлением), получится производственная линия с программным управлением. Компьютеры, встроенные в станки и манипуляторы этой линии, связываются с центральным компьютером всей системы по локальной вычислительной сети. Таким образом, формируется заводская вычислительная система. Теперь по этой сети можно передавать данные по деталям и узлам, которые должны быть обработаны на данном станке. Естественно, на линии с программным управлением могут изготавливаться различные узлы и детали. А время перехода на новое изделие определяется только периодом смены оснастки.

Можно назвать основные причины, приводящие к увеличению использования программного управления в промышленности:

• сокращение сроков внедрения новых изделий;

• возможность выпуска изделий с индивидуальными характеристиками;

• обеспечение более высокого качества выпускаемых изделий;

• обеспечение контроля состояния оборудования;

• сокращение трудозатрат.

Сегодня уровень насыщенности рынка столь высок, что для того чтобы иметь свою устойчивую долю, необходимо выпускать продукцию, ориентированную на конкретного потребителя. И при этом сохранить невысокую стоимость изделия, что возможно только при массовом производстве. Реализовать массовый выпуск продукции с индивидуальными свойствами можно только с применением информационных технологий, когда все станки имеют собственное программное управление. Естественно, они должны получать исходные данные от единого центра.

С конца XX века в развитых странах автомобили выпускаются только по индивидуальному заказу: покупатель сам выбирает тип корпуса, двигатель, коробку переключения передач, отделку салона, оснащение автомобиля, цвет корпуса и салона и многое другое. В соответствии с этими конкретными требованиями завод изготавливает индивидуальный автомобиль, а производится он на конвейере вместе с множеством других автомобилей. На заводе компании BMW экскурсантам даже предлагается найти на конвейере два одинаковых автомобиля. Нашедшему – значительный денежный приз. Естественно – все ищут. И не находят: на конвейере – только разные автомобили. Конвейер, на котором организовано массовое производство индивидуальных автомобилей, может быть построен только с использованием программного управления.

Станки с программным управлением продолжают совершенствоваться. Они оснащаются собственными считывающими устройствами, позволяющими определять, какое изделие сейчас находится в работе. После этого, в соответствии с конструкторской документацией, производится именно та деталь, которая нужна для данного изделия.

Управление технологическими процессами

Практически все сложные технологические процессы в настоящее время управляются компьютерами. Эта область применения информационных технологий меньше всего известна за пределами непосредственно предприятий. Применение в химической, металлургической и других отраслях промышленности компьютерного управления позволило оптимизировать параметры процессов, протекающих в оборудовании. Одновременно сократились затраты на освоение и время внедрения новых процессов.

Вот как организовано управление прокатным станом. Через его валки проходит стальной лист, нагретый до нескольких сотен градусов. Скорость движения листа весом в несколько тонн – больше 10 км/ч. Толщина листа должна выдерживаться на всей его ширине. Лист катается несколько раз, и каждый раз валки слегка сжимаются, уменьшая зазор (и толщину листа). Нельзя слишком близко соединять валки – это приведет к очень сильному сжатию листа и может вызвать поломку стана. Нельзя оставлять слишком большой зазор – это приведет к нарушению технологического процесса. Движением всех элементов стана непрерывно управляет компьютер, получающий данные от множества датчиков, размещенных в узлах стана. Компьютер приводит в действие и управляющие механизмы стана. Эти и другие требования к современному машиностроению могут быть реализованы только с помощью компьютерной техники и программного управления.

Но компьютеры используются не только для управления технологическим процессом в тяжелой промышленности. Уже несколько лет для раскроя ткани на швейных фабриках используются программы, обеспечивающие оптимальный (безотходный) раскрой ткани. При этом из одного рулона ткани кроятся все детали изготавливаемой одежды (рубахи, платья или пальто) всех размеров. Программа позволяет минимизировать зазоры между элементами. Сегодня эти программы начинают устанавливать и на домашние швейные машинки [54] .

Применяется программное управление и в пищевой промышленности. После второй мировой войны японцы познакомились с пшеничным хлебом (до войны, вернее, до оккупации Японии, японцы обходились без хлеба). Больше всего им понравились французские круассаны – булочки из слоеного теста, которые французы привыкли есть по утрам. В Японии была создана автоматическая линия по выпечке 6 тысяч круассанов в час (сто штук за одну минуту). Эта линия автоматически замешивает тесто, дает ему «подойти», формирует булочки, помещает в них начинку и выпекает круассаны. Человек только задает размер (долю) начинки. Все остальное делается автоматически. Линия сама контролирует параметры теста и выпечки, тем самым, обеспечивая получение наилучших круассанов.

Можно сказать, что сегодня нет такой отрасли производства, которая не могла бы быть автоматизирована. Полный переход на автоматическое управление производственными процессами сдерживается финансовыми ограничениями – пока еще на многих процессах человеческий труд дешевле, чем автоматизация.

Автоматизация проектирования

Проектирование любого изделия – это процесс обработки информации. В результате проектирования готовится проектная и конструкторская документация, по которой ведется изготовление изделия на производстве. Естественно, документация, как любая информация, может быть представлена в различной форме: в бумажной (чертежи, схемы, описания, расчеты), в натурной (макеты) или электронной (в памяти компьютера). Сегодня проектирование практически всех сложных устройств (самолетов, автомобилей [55] , судов, зданий, информационных приборов и т. д.) ведется в электронной форме.

Для проектирования созданы системы автоматизированного проектирования (САПР, или CAD – computer-aided design – проектирование с применением компьютера). Наиболее известные системы:

• AutoCAD, Autodesk – для проектирования изделий машиностроения;

• АгСоп – для архитекторов и дизайнеров;

• PCAD – для проектирования электронных устройств.

Для разработки особо сложных комплексов (например, аэрокосмических систем) используются так называемые «тяжелые» системы, такие как разрабатываются компанией Unigraphics. Так, в НПО «Сатурн», которое разрабатывает и производит самолетные и ракетные двигатели, установлено более 100 рабочих мест проектировщиков с САПР от Unigraphics.

Кроме этих систем, разработаны и активно применяются также программы анализа различных процессов, необходимых для проектирования. Вот некоторые из них:

• ANSYS (ANSYS, Inc.) – программа статического и динамического анализа конструкций, решения стационарных и нестационарных задач теплофизики, гидро– и газодинамики, электромагнитного поля, акустики, усталости и др.;

• LS-DYNA3D (LSTC, Livermore Software Technology Corporation) – программа анализа быстротекущих процессов (например, столкновение автомобилей, задачи формования и пр.), сверхпластических деформирований, разрушений и др.;

• eta/DYNAFORM (ETA, Engineering Technologies Associates) – программа для моделирования процессов глубокой листовой штамповки-вытяжки, а также проката листового, профильного и гидроформования;

• FASTFORM3D (FTI, Forming Technologies Inc.) – программа для оценки штампуемости изделий из листовых материалов на ранних этапах проектирования;

• ADAMS (MDI, Mechanical Dynamics Inc.) – программа расчета динамики и кинематики механических систем (механизмов) произвольного вида;

• STAR-CD (CD, Computational Dynamics) – программа для решения задач механики жидкостей и газов;

• AutoS ЕА – программа расчета распространения акустического шума и вибрации в конструкции.