PROCAx Modelowanie współbieŝnego rozwoju wyrobów, procesów i systemów wytwarzania w cyklu Ŝycia wyrobów.

Transkrypt

1 PROCAx 2008 Politechnika Krakowska Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji Modelowanie współbieŝnego rozwoju wyrobów, procesów i systemów wytwarzania w cyklu Ŝycia wyrobów. Duda Jan Paprocki Marcin

2 Plan wystąpienia Wprowadzenie Strategie rozwoju wyrobów Kierunki integracji systemów komputerowego wspomagania stosowanych w cyklu Ŝycia wyrobów Integracja funkcjonalna Integracja w obszarze konstrukcyjno technologicznego przygotowania produkcji Integracja w obszarze technologiczno organizacyjnego przygotowania produkcji Model danych PPR Integracja informacyjna Integracyjna rola baz danych Systemy PDM Rozwój aplikacji PLM owych Integracja kompleksowa Współpraca systemów komputerowego wspomagania z systemami informacyjnymi kooperujących ze sobą przedsiębiorstw Federacyjne środowisko współpracy biznesowej Przegląd metod modelowania IDEF (Integration DEFinition language), BPMN (ang. Business Process Modelling Notation Modelowanie procesu rozwoju wyrobów

3 Wprowadzenie W zintegrowanym komputerowo rozwoju wyrobów, procesów i systemów wytwarzania stosowanych jest szereg metod wspomagających działania, które tworzą informację ukierunkowaną na definiowanie wyrobu, procesu i systemu wytwarzania. Jednym z waŝniejszych efektów wdraŝania systemów produkcyjnych umoŝliwiających realizację nowoczesnych strategii rozwojowych wyrobów jest skrócenie cykli uruchomień nowych wyrobów oraz przyśpieszenie realizacji zamówień. Skala uzyskiwanych efektów zaleŝy od sprawności powiązań informacyjno decyzyjnych fazy technicznego przygotowania produkcji ze sferą planowania systemów sterowania produkcją. Do przyśpieszenia czynności projektowych przyczynia się głównie stosowanie: systemów wspomagania komputerowego realizacji faz rozwojowych wyrobów procesów i systemów wytwarzania ze zwiększającym się poziomem automatyzacji czynności projektowych zastosowanie zintegrowanych systemów informatycznych dla uzyskania powiązań informacyjno decyzyjnych

4 Partnerstwo w rozwoju wyrobów Partnerstwo w rozwoju wyrobów bazuje na stopniowym podziale zadań i odpowiedzialności projektowej: pomiędzy wewnętrznymi działami przedsiębiorst wa, pomiędzy organizacjami dostawcami, pomiędzy organizacjami w relacji klientdostawca. Eigner M.: Product Lifecycle Management The Backbone for Engineering.

5 Projektowanie marketingowe Projektowanie konwencjonalne (ang. Serial Engineering) czas Projektowanie współbieŝne (ang. Concurrent Engineering ) czas Projektowanie kompleksowe (ang. Cross Enterprise Engineering ) 2005 czas

6 Cross Enterprise Engineering CEE) Projektowanie kompleksowe jest rozszerzeniem koncepcji projektowania współbieŝnego CE a takŝe elementem integrującym krzyŝujące się przedsięwzięcia w cyklu Ŝycia wyrobu. Równoległa realizacja i integracja projektów produktów i procesów jest rozpoczynana na wczesnym etapie rozwoju. Obejmuje ona zarówno dostawców i klientów, jak równieŝ szereg róŝnych zewnętrznych i wewnętrznych technologii informacyjnych (IT). W projektowaniu CEE, poszczególne części podzespoły, wyroby i systemy są rozwijane jednocześnie na poziomie lokalnym, biznesowym i inŝynierskim. Narzędziami wymiany informacji są Intranet i Internet.

7 Integracja systemów komputerowego wspomagania CELE wykonanie wszystkich działań niezbędnych moŝliwie równocześnie (strategia CE), uwzględnienie przenikania się działań o charakterze biznesowym z działaniami inŝynierskimi (strategia CEE). integrację kompleksowa RODZAJE Integracja funkcjonalna Integracja informacyjna integracja kompleksowa

8 Integracja funkcjonalna Integracja w obszarze konstrukcyjno technologicznego przygotowania produkcji Integracja w obszarze technologiczno organizacyjnego przygotowania produkcji

9 Integracja w obszarze konstrukcyjno technologicznego przygotowania produkcji Production planning phases Concept development Service after sales Design QFD CRM Sales CAD Process planning DFx... ERP CAPP Product Lifecycle Distribution SRC Prototyping CAM PPC RP/RT Manufacturing Production planning Supply Production & usage phases

10 Projektowanie konstrukcyjne FEM CAD/CAE DMU Projektowanie technologiczne CAPP CAAPP CAM DFx CAD/CAE DFx DFA (Design for Assembly projektowanie zorientowane na montaŝ), DFM (Design for Manufacture Concurrent Costing projektowanie zorientowane na kalkulację kosztów we współbieŝnym wytwarzaniu części), DFS (Design for Service projektowanie zorientowane na obsługę serwisową wyrobu), DFE (Design for Environment projektowanie zorientowane na ochronę środowiska w aspekcie uŝytkowania i złomowania wyrobu). CAM Inteligentny CAD/CAM

11 Projektowanie konstrukcyjne FEM CAD/CAE DMU Projektowanie technologiczne CAAPP CAPP CAM DFx CAD/CAE CAAPP definiowanie jednostek jednostek montaŝowych generowanie sekwencji montaŝowych opracowanie planu montaŝu dobór metod i środków technicznych do realizacji montaŝu opracowanie dokumentacji procesu montaŝu. DFA

12 Metody generowania sekwencji montaŝowych zbiór metod charakteryzujących się trzystopniową procedurą budowania sekwencji obejmującą; generowanie relacji pomiędzy składnikami gotowego wyrobu, generowania sekwencji montaŝowych i wybór najlepszej sekwencji zgodnie z przyjętym kryterium optymalizacji. metody polegające na podziale zmontowanego zespołu na podzespoły, a następnie generowania dla kaŝdego podzespołu podsekwencji z zastosowaniem prostych reguł, metody bazujące na technice systemów ekspertowych budowanych dla montaŝu konkretnych unikatowych zespołów, metody generujące róŝne warianty sekwencji montaŝu wyrobów poprzez modyfikację wstępnie zdefiniowanych sekwencji. metody algorytmiczne dające optymalną, zgodnie z podanym kryterium, sekwencje montaŝową, metody heurystyczne dające rozwiązanie w rozsądnym czasie.

13 Kierunki integracji CAAPP Dobór metod i środków technicznych do realizacji montaŝu Opracowanie dokumentacji procesu montaŝu Definiowanie jednostek jednostek montaŝowych Generowanie sekwencji montaŝowych Opracowanie planu montaŝu DFA Analiza montaŝowa wyrobu wg kryterium: Min liczby części Eliminacji części, Określenie: symetrii cześci, trudności przenoszenia, trudności kojarzenia Dobór czasów operacji Szacowanie kosztów

14 Projektowanie konstrukcyjne FEM CAD/CAE DMU Projektowanie technologiczne CAPP CAAPP CAM DFx CAD/CAE CAAPP CAPP dobór i projektowanie półfabrykatu generowanie struktury procesu obróbki opracowanie planu obróbki dobór metod i środków technicznych do realizacji procesu obróbki opracowanie dokumentacji procesu obróbki. DFA DFM

15 Metody generowania procesów technologicznych obróbki metody wariantowej, która bazuje na idei typowych procesów technologicznych. Metoda polega na przyporządkowaniu dla danej części typowego procesu spośród opracowanych wcześniej procesów dla zbiorów części technologicznie podobnych. metody generacyjnej bazującej na syntezie procesu technologicznego, metody semi-generacyjnej, która łączy zalety: metod wariantowych moŝliwość pozyskiwania procesu typowego dla zadanej części metod generacyjnych - moŝliwość generowania szczegółowego procesu obróki dla zadanego systemu wytwarzania.generowanie struktury procesu obróbki

16 Kierunki integracji CAPP Projektowanie operacji technologicznych, dobór oprzyrządowania przedmiotowego i narzędziowego Opracowanie dokumentacji procesu obróbki Dobór półfabrykatu i technologii wykonania, Określenie struktury procesu technologicznego obróbki DFM Dobór czasów operacji Szacowanie kosztów

17 Projektowanie konstrukcyjne FEM CAD/CAE DMU Projektowanie technologiczne CAPP CAAPP CAM CAD/CAE CAM Szybki rozwój systemów CAD i CAM w porównaniu z systemami CAPP i CAAPP prowadzi do powstania systemów CAD/CAM Poziom automatyzacji projektowania technologicznego w systemach CAD/CAM jest nadal relatywnie niski Generowanie sekwencji montaŝowych i procesów technologicznych obróbki dla części tworzących wyrób jest realizowane w trybie interaktywnym przez technologa projektanta.

18 Poziom automatyzacji wzrasta wyniku zastosowania rozbudowanych obiektów zawierających informacje, które mogą być interpretowane w rozbudowany wariantowy sposób, charakterystyczny dla wnioskowania w systemach doradczych, szablonów pozwalających na projektowanie procesu w oparciu o utworzony wcześniej wzorzec, modułów pozwalających na zapis wiedzy technologicznej a następnie wykorzystanie tej wiedzy w procesie projektowym. Intelligent CAD/CAM systems

19 Wymagania dla systemów projektowania technologicznego Zastosowanie strategii CE i CEE stawia wymagania Dla systemów CAAPP: zdolność do projektowania procesów technologicznych montaŝu dla wygenerowanych dopuszczalnych sekwencji montaŝowych, zdolność do projektowania form organizacyjnych montaŝu przy uwzględnieniu dysponowanych moŝliwości systemu wytwarzania, Dla systemów CAPP: zdolność do projektowania procesów technologicznych obróbki dla szerokiego spektrum typowych części maszyn, elementów składowych wyrobów, zdolność do projektowania procesów technologicznych obróbki przy uwzględnieniu dysponowanych moŝliwości systemu wytwarzania, zdolność do generowania szeregu wariantów procesu technologicznego z róŝnym stopniem szczegółowości opracowania.

20 Integracja w obszarze technologiczno organizacyjnego przygotowania produkcji Tok postępowania określanie zadań produkcyjnych i sposobu ich realizacji, wymiarowanie systemu (określanie rodzajów i liczby elementów systemu), projektowanie struktury systemu (produkcyjnej i przestrzennej) projektowanie elementów wejścia, wyjścia, obsługi eksploatacji i rozwoju systemu, projektowanie sterowania systemem. Przypadki projektowanie restrukturyzacji przestrzennej modernizowanego systemu produkcyjnego, projektowanie nowego systemu produkcyjnego.

21 Fazy Wstępna obejmującą określenie zadania produkcyjnego czyli asortymentu wyrobów jaki ma być produkowany, wymagań co do zdolności produkcyjnych, typu systemu produkcyjnego i struktury procesów produkcyjnych wyrobów, ograniczeń i innych wymogów projektowych wymiarowanie systemu (określanie rodzajów i liczby elementów systemu), Właściwą, która jest specyficzna dla systemów określonego typu, która obejmuje; opracowanie wstępnych wariantów koncepcji systemu i wybór wariantu do realizacji, projektowanie struktury systemu i podsystemów funkcjonalnych oraz projektowanie szczegółowe

22 DELMIA Digital Manufacturing Solutions Choose an application About V5 Infrastructure Process Planning Time Measurement 3D Assembly Work Instructions Ergonomics Product Design Robotics Machining Planning PLC & Automation Factory Flow Simulation NC Manufacturing simulation Referencing Conclusion

23 Projektowanie procesu i systemu wytwarzania Praca dyplomowa Grzegorz Góra Paweł Handzlik: Projekt symulacji procesu technologicznego montaŝu pompy wodnej z zastosowaniem pakietu PLM DELMIA

24 Projektowanie procesu technologicznego montaŝu Modele CAD elementów pompy Podział na jednostki montaŝowe ZłoŜenia i podłoŝenia Rysunek złoŝeniowy Analiza i symulacja montaŝu DELMIA: Assembly Design, DMU Fitting Karty instrukcyjne montaŝu Projekt procesu technologicznego montaŝu

25 Projektowanie systemu montaŝowego Projekt procesu technologicznego montaŝu DELMIA: Part Design, Assembly Design, Gerenative Shape Design Modele elementów i wyposaŝenia stanowiska Projekt stanowiska Analiza ergonomiczna stanowiska Katalogi elektroniczne producentów Zalecenia i normy DELMIA: Human Builder, Human Task Simulation, Human Activity Analysis Symulacja procesu DELMIA: DMP Assembly, Human Builder, Human Task Simulation NIE Spełnione wymogi TAK Model miejsca montaŝowego

26 Symulacja i analiza procesu Projekt procesu technologicznego montaŝu DELMIA: Human Activity Analysis Robotnicy Manekiny Podział zadań Biblioteka procesu Analiza procesu pod względem ergonomiczności Symulacja procesu DELMIA: DMP Assembly, Human Task Simulation, Human Builder NIE Proces poprawny Diagram PERT TAK NIE Synchronizacja Analiza symulacji Symulacja poprawna TAK Analiza otrzymanego systemu Koncepcja poprawy rozwiązania Wnioski

27 Modele CAD elementów pompy

28 Karty instrukcyjne montaŝu Wykonanie kart instrukcyjnych montaŝu

29 Analiza i symulacja montaŝu Przeprowadzenie symulacji w narzędziach dostępnych w systemie Catia V5 DMU Fitting

30 Graficzny plan montaŝu Podział na jednostki montaŝowe

31 Rysunek złoŝeniowy Rysunek złoŝeniowy zespołu wirnika

32 Modelowanie wyposaŝenia stanowiska montaŝowego Modele elementów składających się na stanowisko pracy zostały stworzone samodzielnie w programie DELMIA lub pobrane z internetowych katalogów producentów.

33 Projektowanie stanowiska Stanowisko pracy zostało zaprojektowane w oparciu o normy i zgodnie z zasadami ergonomii.

34 Analiza ergonomiczna stanowiska Projekt stanowiska poddano szczegółowej analizie ergonomicznej: Pole widzenia Zasięgi Pozycje przyjmowane przy pracy na stanowisku

35 Model systemu montaŝowego Otrzymany model systemu montaŝowego, będący równieŝ projektem (podstawą dla architektów do wykonania projektu), jest integralną częścią symulacji.

36 Biblioteka procesu Stworzenie biblioteki procesu Dołączenie biblioteki do tworzonej symulacji

37 Manekiny Za pomocą DELMIA-Human Builder definiowane są cyfrowe modele pracowników manekiny.

38 Symulacja procesu

39 Synchronizacja Stosując diagram PERT w systemie DELMIA, dokonujemy synchronizacji symulacji, tak aby odpowiadała rzeczywistemu procesowi.

40 Analiza symulacji Analiza poprawności wykonania i poprawa symulacji

41 Analiza ergonomii badanie kolizji, analiza przestrzeni, analiza pozycji przyjmowanych przy pracy, obciąŝenie pracownika.

42 Koncepcja poprawy rozwiązania

43 Product 1-co produkować Processes 2-jak produkować Resourses 3-czym produkować Wyrób Całkowita integracja poprzez PPR model Zasób Produkcja Projektowanie i symulacja Wspieranie innowacji Proces wytwarzania

44 Integracja informacyjna PDM (Product Data Management) Design Process planning Concept development QFD CAD DFx... CAPP Prototyping CAM Production planning PDM RP/RT Service after sales CRM Sales ERP Supply SRC Manufacturing Distribution

45 Przeznaczenie PDM (Product Data Management) zarządza dokumentacją związaną z cyklem Ŝycia produktu w przedsiębiorstwie rozproszonym, koordynujący działania oraz czynności zespołów i pracowników

46 Zasada działania Rozwój wyrobu realizowany jest zgodnie z zapisanym w formie diagramów Workflow przebiegiem pracy

47 Zasada działania Narzędzia modułu Workflow pozwalają na zapis skomplikowanych procesów przepływu informacji w przedsiębiorstwie a takŝe między kooperującymi ze sobą przedsiębiorstwami. Sąśrodkiem skutecznego wdraŝania strategii rozwoju wyrobów Istotnego znaczenia nabiera problem modelowania przepływu pracy zgodnie ze strategiami rozwojowymi wyrobów CE i CEE

48 Zakres implementacji PDM Zaprojektowanie grafów przepływu danych i zadań Stworzenie struktury bazy danych Instalacja stanowisk serwerowych systemu SMARTEAM Dostosowanie bazy danych oraz wypełnienie jej danymi Instalacja stanowisk klienckich Tworzenie instrukcji obsługi dla użytkowników

49 Stosowane narzędzia do modelowania rozwoju wyrobu Zrozumiałość modeli biznesowych Notacja do modelowania zagadnień biznesowych IDEF Uniwersalny język j modelowania zagadnień biznesowych UML MoŜliwo liwość implementacji modeli biznesowych Graficzna notacja BPMN + BPEL Język modelowania Kompromis pomiędzy zrozumiałości cią modeli biznesowych i wymogami modeli implementacyjnych

50 BPMN elementy składowe notacji BPMN BPEL Język modelowania Elementy składowe notacji Obiekty przepływu: Zdarzenia Czynności Bramki Inne obiekty (Artefakty): Dane Grupy Adnotacje Elementy łączenia obiektów: Przebieg procesu Przebieg informacji Powiązania Miejsce realizacji procesu: Jednostki Uczestnicy Role Biznesowe Tory Na podstawie diagramu utworzonego w notacji BPMN generowany jest kod źródłowy w formacie XML programu zarządzającego pracą zespołu CE w środowisku rozproszonym

51 Integracyjna rola systemów PDM INTEGRACJA Klient Współpraca nad rozwojem wyrobu Producent Zarządzanie relacjami z klientami Projektowanie marketingowe Dostawa do klienta i serwis Projektowanie konstrukcji Projektowanie technologiczne Projektowanie organizacyjna PLM Budowa prototypu Zaopatrzenie Zarządzanie łańcuchem dostaw SprzedaŜ i marketing Dystrybucja wyrobów Wytwarzanie Partner Zarządzanie zasobami przedsiębiorstwa Dostawca

52 CAD P Product, process resource innovation CAM CAPP DFx... L Life cycle optimization PDM M Management system

53 InŜynier zarządzający InŜynier zarządzający PLM pomaga Projektant zespołów W prowadzeniu prac koncepcyjnych, projektowych, tworzeniu prototypów i testowaniu nowych wyrobów, Projektant elementów

54 Dostawca Wytwórca PLM wspiera Projektant SprzedaŜ współpracę ze sprzedawcami partnerami serwisowymi i uŝytkownikami wyrobów Obsługa serwisowa

55 PLM pomaga W integracji informacji o wyrobie z wszystkimi procesami biznesowym i w zapewnieniu informacji o wyrobie wszystkim którzy ją potrzebują,

56 Integracja kompleksowa Integracja kompleksowa polega rozpatrywaniu współpracy systemów komputerowego wspomagania z systemami informacyjnymi kooperujących ze sobą przedsiębiorstw. W zintegrowanymśrodowisku, z ciągłą zmianą partnerów biznesowych, systemy PLM muszą zapewniać realizację strategii CEE.

57 Architektura systemu dla realizacji strategii CEE Poziom 1 Strategia współpracy Poziom 2 Współpraca w zakresie inŝynierskim Poziom 3 BieŜąca implementacja procesów O. Adam, A. Hofer, S. Zang, C. Hammer, M. Jerrentrup, S. Leinenbach A Collaboration Framework for Cross-enterprise Business Process Management

58 Dystrybucja i zarządzanie informacją Eigner M.: Product Lifecycle Management The Backbone for Engineering. Odkąd procesy inŝynierskie stają się coraz bardziej zdecentralizowane i często realizowane z udziałem wielu organizacji, informacja musi być dystrybuowana i zarządzana w federacyjnym środowisku. Federacyjność w tym kontekście oznacza, Ŝe dane pozostają jako lokalne. Dostęp do logicznych i fizycznych baz danych realizowany jest poprzez numerację części i odpowiednią zmianę indeksów.

59 Systemy zintegrowanego komputerowo projektowania wyrobów, procesów i systemów wytwarzania. zarządzanie wyrobem i portfelem zamówień - (PPM ang. Product and Portfolio Management), projektowania wyrobów i procesów wytwarzania (CAx ang. Product Design), zarządzania procesem wytwarzania (MPM ang. Manufacturing Process Management) zarządzanie danymi wyrobu (PDM ang. Product Data Management)

60 Podsumowanie Zarządzanie cyklem Ŝycia wyrobu jest strategicznym podejściem do tworzenia i zarządzania kapitałem intelektualnym związanym z cyklem Ŝycia wyrobu. Prace badawcze prowadzące do osiągnięcia wyŝszego poziomu integracji i automatyzacji konstrukcyjno technologiczno organizacyjnego przygotowania produkcji są ukierunkowane na budowę zintegrowanego systemu pozwalającego na realizację dynamicznego rozwoju wyrobu w środowisku rozproszonym z mechanizmami gromadzenia i wykorzystywania zdobywanej w wyniku doświadczeń specjalistycznej wiedzy. System taki powinny pozwalać na twórcze kształtowanie kolejnych wersji wyrobów, procesów oraz systemów wytwarzania oraz ich weryfikacji i oceny stymulując kierunki rozwoju stosownie do zmieniających się w czasie warunków rynkowych.