Автоматизация процессов в промышленности неизбежна. Шаг за шагом  повсеместно и неумолимо она вытесняет архаичные способы ведения работ. Специалисты, работающие в промышленном секторе экономики, часто не осознают ценности внедрения информационных систем в производство, по-своему понимая,  что означает «Автоматизация процессов производства». Компьютеризация здесь напоминает айсберг, у которого самое главное скрыто под толщей и на первый взгляд непонятно. Попробуем разобраться во всех тонкостях данного процесса на примере  машиностроительной отрасли, опуская электронный документооборот и системы управления проектами. Что было до автоматизации, что пришло на смену «устаревающему» и как обычный рабочий за станком сталкивается с ней в своей профессиональной деятельности. 

Начнем с конструкторов. С развитием инженерного дела требования к выполнению чертежей повышались. Схематические рисунки инженеров времен Леонардо да Винчи уходили в прошлое. В производстве возрастали  требования к точности, скорости выполнения чертежей, стандартизации  оформления конструкторской документации. Прогресс требовал развития конструкторских инструментов,  и на смену  обычной линейке и столу пришло изобретение Франца Кульмана. Подвижные столы для черчения до сих пор называют по фамилии изобретателя и производителя.  Однако, прогресс не стоит на месте. Не прошло и века с изобретения Францем Кульманом его стола для черчения с пантографной системой, как явилось на свет новое изобретение – персональный компьютер. Появились новые возможности, новые понятия  «автоматизированное составление чертежей» (англ. computer-aided design), ставшие настолько популярными, что сейчас сложно представить себе любое производство без этих систем. Компьютеризация и автоматизация процесса создания чертежей и трехмерных (3D) моделей захватила всю промышленность. Так мы подошли к теме, о которой сегодня хотелось бы рассказать - «информационные системы в промышленности».

От Кульмана до первых систем автоматизированного создания чертежей

Так выглядит проектирование в настоящее время

В настоящее время никого не удивить тем, что конструктор, проектировщик, архитектор, любой, с кого начинается визуализация технического задания (в любой сфере строительства или производства), сидит за компьютером и создает от чертежей до 3D-моделей в необходимом масштабе, с необходимой детализацией, после чего в несколько кликов отправляет на печать весь комплект документации. Кроме упрощения создания конструкторской документации производители  современных САПР предлагают разнообразные модули или библиотеки, устанавливаемые при необходимости. Например, КОМПАС-3D при создании моделей, позволяет из библиотек выгружать геометрию ГОСТ металлопроката. Отпадает необходимость вычерчивать фигуру двутавровой балки, уголка, трубы и других видов металлопроката каждый раз, к тому же САПР сам посчитает вес детали в зависимости от выбранного материала. Конструктор всего лишь задает длину отрезка, его начальную точку и плоскость, в которой  будет располагаться деталь, обращается к библиотеке, выбирает необходимый прокат и  привязку детали по начерченному отрезку. Всего несколько манипуляций, а в итоге, готовая визуализация детали. Производители SolidWorks предлагают множество модулей. Мне доводилось работать, например, с  «анимация» и «расчет прочности». Первый модуль позволяет визуализировать работу сборки изделия, состоящего из нескольких деталей. В моем случае это редуктор  щетки стеклоочистителя для автомобиля. Подобрать необходимую длину трапеций, чтобы «дворник» охватывал только нужный сектор – легко. Анимация так же позволяет найти ошибки, при которых, необходимое заданное движение будет невыполнимо, что позволяет избежать необходимости доработок при изготовлении. Второй же модуль позволяет провести математический расчет прочности конструкции и варианты  ее разрушения при внешнем воздействии. Создание симуляции столкновения модели автомобиля на разной скорости с прогнозированием возможных разрушений сварной рамы, ее слабых мест, выявление необходимости упрочнения конструкции - тот функционал SolidWorks, с которым приходилось работать. Вышеперечисленное - только вершина айсберга и только одно направление внедрения информационных систем в промышленность.

Конструктор разработал комплект документации по техническому заданию, теперь дело за технологом, задача которого разработать технологию изготовления с эскизами и расчетом машинного времени обработки деталей, указанием режимов. Когда-то создание технологического процесса было трудоемким, требующим обширных знаний, огромной библиотеки и продолжительным во времени, насыщенным математическими расчетами. С появлением CAD систем, успешным внедрением их в производстве, стало несложно  спрогнозировать автоматизацию создания технологических процессов, CAPP-систем (Computer-Aided Process Planning — автоматизированная технологическая подготовка производства). Нынешний рынок программного обеспечения предлагает обилие программ для автоматизации процессов написания технологии. В отличие от систем автоматизированного составления чертежей, САРР различаются. Есть САРР унифицированные, например «Вертикаль», в которой можно писать технологию для любой промышленности, обширные библиотеки материалов, элементов с привязкой к ГОСТ. Возможность внесения своих элементов в библиотеки упрощает работу технолога. Его деятельность теперь сводится к правильному построению древа технологии и наполнению технологического процесса материалами, инструментом, оборудованием, выбором необходимых карт оформления технологической документации. Формирование технологического процесса, в том виде, которого требует ГОСТ и к которому привыкли на производстве, происходит автоматически.  Есть более узконаправленные САРР, такие как ADEM VX, функционал которой позволяет на основании чертежа или 3D модели, полученной от конструктора, делать эскизы заготовки, пооперационные эскизы обработки детали. Библиотеки программы включают  в себя огромное количество станочного оборудования и инструмента, что позволяет упростить работу технолога. Создав эскиз заготовки, технолог пооперационно заполняет древо технологии, подбирая инструмент, приводя эскиз заготовки к конечному чертежу детали. Расчет машинного времени, количества необходимых проходов, в зависимости от выбранного инструмента, происходит в автоматическом режиме, как и заполнение карт технологического процесса. Отдельным блоком хотел бы выделить САПР системы CAD,CAM системы с встроенным модулем CNCпрограммирования. Данные САПР используются на производствах, где используются станки с ЧПУ. После создания чертежа или модели, технолог по обработке на ЧПУ, как и при создании технологического процесса, заполняет древо технологии, указывая инструмент и требования чертежа. После чего запускается расчет симуляции обработки. При отсутствии ошибок, по симуляции запускается модуль NC программирования, который перерабатывает симуляцию в управляющую программу для ЧПУ станка.  Функционал программ так же позволяет выводить карту обработки на ЧПУ, технологический процесс с машинным временем, инструментом, порядком обработки детали после установки на станок.

Технологический процесс написан и палочку эстафеты принимает на себя отдел нормирования. Как и в случае с технологом, ранее нормировщик должен был обладать обширным багажом знаний, огромной библиотекой, а после предварительного расчета времени на подготовительно-окончательные операции идти в цех, вооружившись секундомером, для «снятия» норм времени. Нужда в этом практически отпала с автоматизацией. Все, что осталось – ввести вводные данные согласно технологического процесса в программу нормирования, и на выходе получить готовые значения. Для производств с непостоянным планом данные возможности актуальны как никогда, ведь цена работы на изготовление деталей зависит от объема производства.  Автоматизированная программа же позволяет сохранять за работником наименование детали и операции, которые выполняются работником, для дальнейшего расчета «сдельной» оплаты труда.

Когда конструкторская документация создана, технология написана, нормирование трудозатрат завершено,  производственный отдел дает команду производить деталь, согласно потребности. Именно в таком порядке происходила разработка и изготовление литьевой оснастки для литейного цеха и последующая механическая обработка деталей дизеля Д49, изготовление кокиля для отливки корпуса щеткодержателя и многих других проектов освоения на площадках Астраханского ТРЗ (АТРЗ, входит в Группу компаний «ЛокоТех»). В настоящее время руководством завода рассматривается возможность внедрения системы «цифровой двойник производства». Данная система автоматизации позволяет  создавать цифровую модель участка, цеха, всей производственной площадки, со всеми станками, оборудованием, приспособлениями. Вводные данные берутся с технологического процесса. В цифровом двойнике указывается оборудование для каждой операции. После чего система показывает нам реальное время на изготовление деталей со всем временем простоя изготовления из-за неверного планирования работ или логистики. Аналитический модуль программы так же укажет на «узкое место» производства. Такие результаты планирования позволят своевременно реагировать на прогнозируемые трудности в производстве, а так же отслеживать другим задействованным в процессе отделам  необходимое оснащение рабочего места материалом, инструментом, рабочей силой или искать иные выходы из ситуации, которая спрогнозирована, но еще не произошла.

Автоматизация производства, компьютеризация отдельных процессов, внедрение и применение прогрессивных, информационных технологий в промышленности – это не только неотъемлемые последствия прогресса, но решение проблем производства. В настоящий момент любое промышленное предприятие сталкивается с проблемами кадрового голода, повышением требований к производимой продукции, растущими объемами производства, отсутствия или ошибок планирования и оперативного реагирования. Автоматизация если и не решает вышеуказанные проблемы, то позволяет избежать катастрофических последствий. Например, инициативной группой компании «ЛокоТех» был разработан проект «корпоративный университет», представляющий из себя интерактивный, анимированный учебник по ремонту локомотивов. Цель проекта – ускорить, упростить, сделать интересным и занимательным обучение сотрудников  рабочих специальностей. В настоящее время, когда на предприятие поступает новый сотрудник, не знакомый с ремонтом подвижного состава, его закрепляют за более опытным коллегой, который с самых азов обучает, делится опытом. «Корпоративный университет» позволяет перед общением с наставником пройти визуальное ознакомление с ремонтируемым узлом тепловоза, не по скучным чертежам, а по полноценной трехмерной модели с деталировкой составных частей. После ознакомления с узлом и его деталировкой, «корпоративный университет» позволяет ознакомиться с требованиями проведения ремонта, согласно руководящих документов, а так же  с маршрутно-операционной картой ремонта.  Обучение возможно проводить посредством удаленного обучения персонала в рамках первичного обучения или повышения квалификации. На сегодня ГК «ЛокоТех» запланировано осуществление профессиональной подготовки, переподготовки и повышения квалификации производственного персонала с использованием проекта «корпоративный университет» в количестве более 3000 человек.

Автоматизация, всеобщая цифровизация – это неотъемлемые последствия прогресса, с которыми необходимо учиться работать, которые желательно внедрять в производство, подбирать ту компьютеризацию процессов, что подходит именно для специфики конкретного предприятия. Но и это не конечная точка. Хочется верить, что современные компьютерные технологии не остановятся, и шагнут дальше, к проектированию объемных моделей  деталей в виртуальной реальности, симуляции работы сборок с автоматической коррекцией моделей детали, оправке в производство детали на автоматическую роботизированную линию, не выходя из симуляции.  Такие мысли навеяны фантастическими фильмами и книгами, но возможно, что в ближайшем будущем «фантастика» станет реальностью, ведь, как гласят строчки марша авиаторов, «Мы рождены, чтоб сказку сделать былью…».

Начальник Конструкторско-технологического отдела Астраханского ТРЗ-филиала АО «Желдорреммаш» Илья Лаптев