Комплексная САПР - основа построения информационной инфраструктуры современного мебельного предприятия

ДЕРЕВООБРАБОТКА

КОМПЛЕКСНАЯ САПР - ОСНОВА ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ СОВРЕМЕННОГО МЕБЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

П.Ю. БУНАКОВ, ведущий специалист ООО «Базис-Центр», канд. техн. наук,

А.В. СТАРИКОВ, доц. каф. вычислительной техники ВГЛТА, канд. техн. наук,

И.А. БАКУЛИН, ведущий специалист ООО «Базис-Центр»,

A. А. СТАРИКОВА, асп. каф. вычислительной техники ВГЛТА,

B. Н. ХАРИН, проф. каф. вычислительной техники ВГЛТА, д-р техн. наук

Конкурентный характер современного рынка потребительских товаров вынуждает производителей искать новые способы сокращения расходов, быстрого реагирования на изменения предпочтений и требований покупателей, повышения качества, индивидуальности и инновационной привлекательности продукции. Эта устойчивая общемировая тенденция характерна для предприятий всех отраслей, ориентированных на выпуск товаров широкого потребления, включая и мебельную промышленность.

Традиционные способы организации мебельного производства в России - индивидуальное, или единичное, серийное и массовое - по различным причинам не могут адекватно соответствовать современным реалиям потребительского рынка. В большей степени им отвечает новый тип организации производства, получивший название позаказного промышленного мебельного производства и сочетающий наиболее важные положительные черты индивидуального и серийного производства. Этот тип производства изначально ориентирован на решение задач, возникающих при работе в условиях быстро меняющейся конъюнктуры мебельного рынка, а именно:

- повышенные требования к качеству продукции, обусловленные наличием конкретного заказчика;

- жесткие ограничения на время реализации проекта;

- высокая финансовая ответственность исполнителя за реализацию заказа;

- формирование «цепочки ответственности», распространяемой на все этапы жизненного цикла изделия (ЖЦИ).

Таким образом, современные экономические условия поставили перед многими отечественными мебельными предприятия-

bunakov@bazissoft.ru

ми, независимо от их специализации и модели организации производства, сложный комплекс задач реинжиниринга бизнес-процессов (РБП), которые необходимо решать в условиях дефицита оборотных средств и времени, зачастую с привлечением внешнего консалтинга. РБП предприятия на основе современных информационных технологий сводится к решению следующих основных задач:

- анализ текущего состояния предприятия, его организационной структуры, выпускаемой продукции, эффективности использования средств автоматизации и других факторов, а также определения целей и задач;

- встраивание клиентов и поставщиков в бизнес-процессы предприятия благодаря использованию возможностей ведения электронного бизнеса (e-business);

- формирование и ведение заказов, управление запасами материалов и комплектующих в автоматизированном режиме при минимальном участии сотрудников мебельного предприятия (менеджеров);

- создание системы оперативно-календарного планирования использования производственных ресурсов во множестве одновременно выполняемых процессов в цепочке поставок.

Перспективным направлением работ в реализации РБП является использование и развитие CALS-технологий для информационной поддержки позаказного промышленного мебельного производства [1].

Определяющим условием успеха на этом пути является комплексная автоматизация производства, необходимость инвестиций в которую понимают многие прогрессивные руководители. Однако общий уровень автоматизации отечественных мебельных предприятий сегодня оценивается как достаточно низкий. На

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 6/2008

49

ДЕРЕВООБРАБОТКА

многих из них используются локальные информационные системы, автоматизирующие отдельные этапы ЖЦИ: конструирование изделий, учетно-расчетные операции, охватывающие бухгалтерию и склад, частично технологическую подготовку производства и т.д. При этом зарубежный опыт показывает, что максимальный эффект достигается при одновременном внедрении на мебельном предприятии корпоративной информационной системы (КИС) и соответствующей комплексной системы автоматизированного проектирования (САПР), которая играет роль системообразующего ядра его информационной инфраструктуры.

Анализ распространенных коммерческих САПР показывает, что центральное место в них занимает геометрическая модель, которая является математическим отражением информации о свойствах формы и конструкции деталей изделия, а также об их взаимном расположении и сопряжении в составе сборочной единицы. Работа с геометрической моделью требует от конструктора и технолога детального знания особенностей проектирования изделий, условий и требований используемых технологий производства, а также выполнения точного описания всех компонент модели. Эти знания аккумулируются в конструкторском и технологическом отделах предприятия, в том числе и в виде архива (библиотеки) моделей типовых изделий (проектов). Такой подход соответствует традиционной серийной организации производства, характеризующейся достаточно длительным циклом проектирования изделий и технологической подготовки производства, предполагающим создание опытных образцов изделий и выполнение процедуры сертификации продукции.

Применение данного подхода, направленного в основном на автоматизацию рутинных конструкторских операций, в условиях позаказного производства, когда конструкторская и технологическая фазы разработки проекта отделены от фазы идентификации проекта, приводит к существенному возрастанию количества субъективных ошибок проектирования. Обнаружение данных ошибок зачастую происходит на поздних этапах ЖЦИ в так называемом «пространстве исполнительных координат», что определяет

высокую цену их исправления. Эффективное разрешение данного конфликта требует прежде всего смены существующей парадигмы автоматизированного проектирования [2].

При организации позаказного производства перед предприятием встает ряд проблем информационного характера, связанных с обеспечением различных подразделений достоверной, полной, актуальной и оперативной информацией в любой точке ЖЦИ. Для их решения требуется внедрение комплексных средств автоматизации, охватывающих основные этапы производственного процесса и представленных распределенной, интегрированной информационной системой реального времени.

На рынке информационных технологий имеются различные программные решения, связанные с автоматизацией поддержки различных аспектов производственной и управленческой деятельности предприятий. Анализ их показывает, что в большинстве случаев они игнорируют сам «объект» производства, т.е. предмет труда в его завершенном представлении, оперируя при этом некоторыми опосредованными геометрическими и финансово-экономическими показателями. При этом особенности предметной области и позаказного характера производства фактически в расчет не берутся. В то же время учет и сохранение концептуальных, дизайнерских, конструкторских, технологических и других особенностей элементов предметной области на всем протяжении расширенного производственного процесса позволяет значительно повысить уровень автоматизации и агрегирования выполнения проектных операций, следствием чего является общее сокращение субъективных ошибок, а также производственных и внепроизводственных издержек.

В качестве общей методологической основы для решения рассмотренных проблем предлагается концепция безошибочного проектирования и производства сложных мебельных изделий. Основные ее положения можно сформулировать следующим образом [3]:

1. Сквозная информационная поддержка всех участников процесса «менедж-мент-проектирование-производство», основывающаяся на объектных структурноатрибутивных моделях изделий, обладающих

50

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2008

ДЕРЕВООБРАБОТКА

необходимой семантической избыточностью, отражающей свойства предметной области, ассоциированные с конкретным изделием.

2. Повышение уровня абстракции на начальных этапах реализации проекта, в частности на этапе эскизного проектирования (инжиниринга), за счет отказа от работы с полноформатной геометрической моделью изделия в исполнительных координатах и перехода к комплексу моделей более высокого уровня: эскизно-структурной, структурно-атрибутивной и графо-аналитической моделям в пространстве эскизных координат.

3. Обеспечение безошибочности выполнения проектных процедур и операций на этапе функционального проектирования (реинжиниринга) путем включения в объектные модели комплекса конструкторско-технологических требований и ограничений, реализуемых автоматически по мере понижения уровня абстракции модели в ходе ее компиляции в исполнительные координаты.

4. Распараллеливание проектно-конструкторских и технологических работ с переносом основного их количественного и качественного объема на этап эскизного проектирования как основы формирования множества прототипных моделей, обеспечивающих быстрый реинжиниринг изделий в условиях жестких временных ограничений и минимизацию субъективных ошибок проектирования.

5. Интерактивное, последовательнопараллельное формирование объектных моделей прототипных изделий, осуществляемое в режиме автоформализации профессиональных знаний [4], с последующей автоматической генерацией геометрической модели для ее визуализации и дальнейшей обработки в среде универсальной САПР.

В разработанной концепции используется обобщенная информационная модель процесса проектирования, представленная в виде многоуровневой, конвейерной и сетевой модели, в которой [5]:

- уровни (аспекты) отражают этапы проектирования объекта, а также процесс последовательной детализации объекта в ходе проектирования;

- конвейер отражает механизмы передачи данных между этапами проектирования

(не обязательно соседними), а также спектр передаваемых данных;

- сетевая структура отражает параметрические связи между отдельными характеристиками проектируемого объекта.

Наиболее выпукло процессы, связанные с реинжинирингом бизнес-процессов в направлении перехода к позаказному промышленному производству, проявляются в мебельной промышленности, вынужденной развиваться в течение всего переходного периода к рыночной экономике без какой-либо государственной поддержки. С другой стороны, близость производства к конечному потребителю продукции, многоаспектный характер предметной области и в целом положительная динамика развития рынка делают предприятия мебельной промышленности как наиболее удобными для практической апробации принципов концепции безошибочного проектирования и производства, так и наиболее вероятными потребителями автоматизированных систем, реализованных на их основе [6].

При реализации программных решений автоматизации мебельных предприятий следует принимать во внимание ряд ограничений, определяющих особенности позаказного проектирования и производства сложных мебельных изделий и ансамблей, что не ограничивает общности предлагаемого подхода. Они заключаются в следующем:

- мебельный ансамбль включает изделия различной функциональности, объединенные единым стилевым (дизайнерским) решением (замыслом);

- стилевое оформление ансамбля достигается не только за счет элементов декора и цвето-фактурных композиций, но и путем реализации архитектурных (дизайнерских), конструкторских и технологических решений;

- изделия, входящие в состав ансамбля, являются инженерно-художественными произведениями и обладают значительной конструкторско-технологической сложностью;

- индивидуальный подход реализуется при формировании структуры, стиля и качества мебельного ансамбля и в максимальной степени учитывает объективные (параметры жилища, финансовые возможности и т.д.) и субъективные требования заказчика;

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2008

51

ДЕРЕВООБРАБОТКА

- формирование спецификаций мебельных изделий и ансамбля в целом выполняется в режиме реального времени путем создания и моделирования виртуальных интерьеров;

- жесткие временные ограничения действуют на всем протяжении процесса реализации проекта при выполнении интегрированных проектных процедур законченного цикла «менеджмент - проектирование - производство»;

- каждый проект является эксклюзивным, или индивидуальным, и реализуется в условиях повышенной финансовой ответственности за соблюдение срока и качества поставки мебельного ансамбля;

- «прозрачная» и понятная заказчику схема калькуляции стоимости каждого изделия и мебельного ансамбля в целом в момент идентификации заказа, допускающая вариации в широком ценовом диапазоне за счет эквивалентных преобразований модели;

- необходимость обеспечения гарантийного обслуживания и послегарантийного сопровождения продукции у заказчика, а во многих случаях и монтажа ансамбля в его помещении.

Обобщенная структурная схема информационных потоков мебельного предприятия, работающего в условиях позаказного промышленного производства, показана на рисунке. Центральное ее звено - комплексная САПР, которая является источником объектных структурно-атрибутивных моделей изделий. Концепция безошибочного проектирования предполагает двухуровневую структуру САПР, охватывающую весь ЖЦИ, начиная с самых ранних этапов процесса проектирования, что позволяет оперативно вносить изменения в проект с учетом существующих или изменившихся технологических условий.

Критерием дифференцирования структуры САПР на уровни является характер координатного пространства используемых моделей. Верхний (внутренний, производственный) уровень функционирует в пространстве эскизных координат, что требует применения объектных моделей высокого уровня абстракции. Функционально он реализует проектные операции инжиниринга прототипных моделей, абстрагированных от специфики конкретного предприятия. Качественная реализация дан-

ного этапа является основой безошибочности выполнения всех остальных этапов, поскольку на нем в модель закладываются элементы конструкторско-технологических требований и ограничений, включая формальные методы контроля корректности переходов, понижающих уровень абстракции модели, а также алгоритмы, предназначенные для определения правил компиляции прототипных моделей в модели конкретных мебельных изделий.

На уровне инжиниринга концентрируются детальные знания технологических особенностей конкретного предприятия, что является прерогативой специалистов, занимающихся инновационной деятельностью и непосредственно участвующих в производственно-технологических процессах данного предприятия.

В связи с этим одна из основных целей новой парадигмы проектирования заключается в обеспечении формального подхода, позволяющего распространить необходимый объем знаний внутреннего уровня на внешний (нижний, потребительский). Важнейшим условием реализации этого является интероперабельность решений, т.е. их способность к взаимодействию с другими системами. В рамках концепции безошибочного проектирования она достигается за счет введения обоснованной семантической избыточности в объектные модели изделий.

Внешний уровень САПР соответствует этапу реинжиниринга и выполняется специалистами, обособленными от технических и технологических аспектов производства, в режиме активного диалога с заказчиком. В случае, когда предметной областью применения концепции безошибочного проектирования является мебельная промышленность, это - дизайнеры интерьеров, менеджеры мебельных салонов и т.д. Степень их корреляции с производством очень низкая, тем не менее результаты их деятельности должны обеспечивать безошибочность всех последующих этапов ЖЦИ. Формально на этапе реинжиниринга решается задача понижения абстракции объектных моделей до уровня исполнительных координат. Она включает две основные проектные процедуры - реструктуризацию прототипной модели и возвратное проектирование конкретного изделия.

52

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2008

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рисунок. Обобщенная структурная схема информационных потоков мебельного предприятия

Процедура реструктуризации обеспечивает сопряжение прототипной модели без понижения уровня абстрактного представления с комплексом требований конкретного заказчика. Корректность всех действий специалиста контролируется алгоритмами реструктуризации, заданными на этапе инжиниринга, что в достаточной степени гарантирует безошибочность разрабатываемой модели. Возвратное проектирование - это автоматическая компиляция прототипной модели после ее реструктуризации в модель конкретного изделия, содержащую всю необходимую информацию для изготовления изделия на имеющейся производственной базе.

Таким образом, концепция безошибочного проектирования разделяет уровни знаний (компетенции) специалистов в соответствии с их позиционированием по критерию использования инструментальных средств САПР внутреннего или внешнего уровня. Отметим,

что до 70 % от общего количества дефектов, обнаруживаемых в готовой технической продукции, вызваны ошибками в конструкторских решениях, и только 30 % ошибок обусловлены недостатками технологии изготовления или происходят по вине рабочих. Использование концепции безошибочного проектирования позволяет сконцентрировать критические с точки зрения возникновения субъективных ошибок проектные процедуры на уровне компетенции высококвалифицированных специалистов, что в целом определяет высокую степень безошибочности всех этапов ЖЦИ.

В соответствии с предложенной структурой процесса проектирования в составе перспективной комплексной САПР выделяются следующие основные функциональные системы [7]:

- система автоматизации эскизного проектирования, предназначенная для выполнения этапа инжиниринга изделий;

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2008

53

ДЕРЕВООБРАБОТКА

- система реструктуризации и компиляции объектных моделей прототипного изделия, предназначенная для выполнения этапа реинжиниринга;

- универсальная САПР, предназначенная для визуализации моделей изделий и выполнения рутинных операций по подготовке конструкторско-технологической документации проектов.

Проблема интероперабельности решений на основе концепции безошибочного проектирования обеспечивается использованием единой объектной структурно-атрибутивной модели изделия, сформированной на этапе инжиниринга, при управлении всеми аспектами ЖЦИ. Обычно полный объем информации, аккумулированной в модели, не требуется для реализации большинства проектных процедур. Например, для компонентов материально-технического обеспечения производства актуальной является информация о потребном количестве материалов и комплектующих, а для экономических компонентов - информация о трудоемкости и себестоимости изготовления изделий. В последнем случае соответствующая информация явно не содержится в объектных моделях, но все необходимые данные для расчетов имеются. Для реализации проекции модели изделия на определенную компоненту ЖЦИ разрабатываются специализированные шлюзы, к которым могут подключаться различные расчетно-аналитические модули, потребляющие информацию в исполнительных координатах. Отметим, что универсальные САПР, о которых говорилось выше, являются одними из таких модулей.

Универсальность и большая информационная емкость объектных структурно-атрибутивных моделей позволяет всем компонентам ЖЦИ в течение всего цикла пользоваться идентичными данными. При этом для потребителей информации нижележащих уровней ЖЦИ не имеет существенного значения вопрос о том, как формировались исходные данные для реализации их компоненты. Основное, в чем они должны быть уверены, - это актуальность получаемых данных.

В заключение необходимо отметить, что концепция безошибочного проектирования является универсальной методологичес-

кой базой для реализации новой парадигмы автоматизированного проектирования, основанной на переходе от традиционных геометрических моделей к объектным структурноатрибутивным моделям различных уровней абстракции. Практическая реализация ряда ее положений была осуществлена при разработке САПР БАЗИС, которая активно эксплуатируется на таких предприятиях, как ЗАО ПК «Ангстрем» (г. Воронеж), Концерн «GARDY» (г. Санкт-Петербург), ФГУП «ЦС «Звездочка», ФГУП «ПО «Севмаш» (г. Северодвинск) и других.

Библиографический список

1. Стариков, А.В. Реализация концепции «безошибочного» проектирования и производства мебельных изделий на основе CALS-технологий / А.В. Стариков, П.Ю. Бунаков, В.Н. Харин // Информационные технологии: матер. всерос. науч.-технич. конф., 24 мая 2005 г. - Воронеж : Научная книга, 2005. - С. 165-167.

2. Новая парадигма проектирования САПР сложной корпусной мебели для позаказного промышленного производства: монография / П.Ю. Бунаков,

A. В. Стариков, И.А. Бакулин и др. - М.: МГУЛ, 2007. - 319 с.

3. Стариков, А.В. Основные положения концепции «безошибочного» проектирования и производства сложных изделий корпусной мебели и особенности их реализации / А.В. Стариков, В.Н. Харин, П.Ю. Бунаков // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса: межвуз.сб.науч. тр. - Воронеж, ВГЛ-ТА, 2005. - Вып. 10. - С. 233-237.

4. Бунаков, П.Ю. Использование принципа автоформализации профессиональных знаний в практической реализации концепции безошибочного проектирования и производства мебели / П.Ю. Бунаков, А.В. Стариков, В.Н. Харин // Дизайн и производство мебели. - 2005. - №3(8). - С. 37-40.

5. Стариков, А.В. Управление сложными проектами в интегрированных САПР: монография / А.В. Стариков, В.Н. Харин. - Воронеж: ВГУ 2002. - 134 с.

6. Стариков, А.В. Особенности моделирования бизнес-процессов мебельного предприятия при организации позаказного производства / А.В. Стариков, П.А. Петров // Моделирование систем и информационные технологии: межвуз. сб. науч. тр. - Вып. 3.

- Воронеж: Научная книга, 2006. - С. 61-64.

7. Бунаков, П.Ю. Опыт практической реализации концепции безошибочного проектирования и производства мебели / П.Ю. Бунаков, А.В. Стариков,

B. Н. Харин // Дизайн и производство мебели.

- 2005. - № 4(9). - С. 33-35.

54

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2008