Каким будет производство металлоконструкций ближайшего будущего? Можно ли сегодня создать автоматический завод металлических конструкций, где всю основную физическую работу выполняют промышленные роботы взаимодействуя с заказчиком через интернет в концепции «Индустрия 4.0»?
За последние 5 лет, технологии автоматизации производства металлических конструкций на основе промышленных роботов значительно продвинулись в направлении роботизированной сборки и сварки. Более полусотни заводов металлоконструкции уже внедрили автоматические роботизированные комплексы для сборки и сварки балочных конструкций.
Основной фокус концепции «Индустрия 4.0» на интеграции систем автоматизации физического и информационного пространства на протяжении всего жизненного цикла изделия через WEB.
Основной преградой для перехода металлообрабатывающих предприятий в 4.0 является не отсутствие средств автоматизации физического производства, а несоответствующие организационные методы и системы их автоматизации.
Промышленные роботы и другие системы автоматизации под управлением современных ЧПУ могут взаимодействует с 3D моделью без участия человека используя стандарт передачи данных CIS/2, что и применяется в роботизированных автоматических комплексах производства балочных конструкций. CIS/2 – это универсальный "язык" передачи информации металлообрабатывающих машин и систем проектирования. С его помощью можно осуществлять прямую и обратную связь: BIM↔CIS/2↔CAM↔CNC под управлением АСУП.
Наиболее рациональный метод организации проектирования металлических конструкций строительного назначения – BIM. Проектирование металлических конструкций осуществляется в интегрированной информационной среде CAD/CAE в коллаборативный информационной модели, интегрированной с другими стадиями проектирования в BIM-среде: BIM↔CAD↔CAE. BIM является самой эффективной организационно-технической структурой в области проектирования строительных объектов. В индустриально развитых странах с высокой производительностью труда, BIM является общепринятым стандартом информационного взаимодействия между участниками жизненного цикла зданий и сооружений.
Самым рациональным методом внедрения элементов «Индустрия 4.0» является интеграция физического производства и BIM-модели через объектно-ориентированные информационные системы – средствами WEB-CRM: BIM↔CAD↔CAE↔CIS/2↔CRM↔MES↔CAM↔CNC.
Если BIM является самой эффективной организационно-технической системой на сегодняшний день, то зачем разрабатывать и внедрять EDA для «Индустрия 4.0»?
Этот вопрос стал камнем преткновения в обсуждении инвестиционного проекта создания роботизированного производства балочных металлических конструкций в России с участием инвесторов из Скандинавии. Норвежские коллеги не понимают зачем нужно инвестировать в EDA, если есть наработанные BIM-технологии, и оптимальной схемой интеграции завода-производителя металлоконструкций со строительными компаниями и проектными организациями является: BIM↔CAD↔CAE↔CIS/2↔CRM↔MES↔CAM↔CNC.
В России есть компании, которые успешно внедрили BIM-технологии или пытаются это сделать.
В России сложно внедряются интегрируемые системы автоматизации, которые разработаны в западных странах. В РФ есть устойчивые традиции разделения труда проектировщиков на стадии. Tekla Structures – финская разработка, в Финляндии является нормальным, когда один человек делает прочностные расчёты и рабочую документацию для производства. В России нормальным считается разделение проектирования металлоконструкций на стадии КМ и КМД. КМ традиционно разрабатывается в институтах без учёта возможностей производства, КМД разрабатывается на заводах металлоконструкций, обычно уже после подписания договора о производстве металлических конструкций, приложением к которому является в большинстве случаев стадия КМ. Эта традиция сильно влияет на мышление российских инженеров и при внедрении комплексных систем автоматизации, инженеры в свою очередь оказываю влияние на мнение о рациональности внедрения BIM-технологии наводя смуту на экономистов и маркетологов при разработке перспективных финансовых моделей.
Навязанный окружающим социумом образ мышления основанный на традициях разделения труда между инженерами, мешает внедрению BIM-технологий в России. Программы внедрения строительных САПР в России практически всегда уникальны из-за поиска компромиссов, учитывающих различные мнения, в результате получается некая "химера" от которой выигрывают отдельные операции, но не предприятие в целом.
Трудовая эмиграция инженеров из стран бывшего СССР в ЕС и США достаточно распространена. Вместе с трудовыми мигрантами распространяется и инерционное мышление. Некоторое время назад мне в руки попал тест для определения степени инерционного мышления при приёме на работу русскоязычных инженеров. Там был вопрос, смысл которого я не сразу понял и попросил мне его разъяснить.
Делается ли КМ в CAD-системе? Этот вопрос шёл сразу за вопросом – понимаете ли вы, что такое BIM-система и коллаборативный информационная модель?
Само по себе странно, что этот вопрос задаёт компания не использующее разделение проектирования металлических конструкций на стадии.
90% русскоязычных инженеров отвечают на этот вопрос – ДА, подразумевая процесс графического оформления стадии КМ в системе CAD.
Далее инженеру задаётся вопрос – В какой CAD-системе вам удобнее работать?
Это не единственный вопрос для тестирования инженеров на предмет психологической инерции мышления. Мене это стало очень интересно, и я нашёл разработчиков этой системы тестирования, пообщавшись решил сам устроить ряд экспериментов для проверки истинности теста.
В частных случаях истинность умозаключений разработчиков теста подтвердилась, эксперименты проводил на добровольцах из числа тех, кого знаю. После я воспользовался интернетом и стал провоцировать пользователей инженерных форумов на отрицание. В условиях анонимности, не покидая зону комфорта люди легко входят в состояние отрицания под воздействием несложных манипуляций. Если человек не опасается последствий своих ответов, он честно будет отрицать мнения которые ему некомфортны. И опять же, 100% попадание.
Было также замечено, что психологическая инерция мышления усиливается с увеличением опыта. У студентов такая психологическая особенность часто отсутствует вовсе.
Инженеры в период обучения в вузах получают образование в равных условиях. После начала трудовой деятельность, традиционная система организации проектирования распределяет их по разным стадиям, КМ и КМД и лишь немногие получают равномерный опыт проектирования разных стадий, ещё меньше – опыт совместного проектирования в интегрированной среде. Приобретая опыт в разработке КМ или КМД, инженер создаёт собственную зону комфорта которую он неосознанно не желает покидать, это и есть причина инерции мышления. На несознательном уровне, непривычные действия ассоциируются с дискомфортом.
Встречая эту преграду крайне трудно внедрить BIM-систему, приходится искать компромиссы изменяя постулатам промышленной философии BIM, в результате получаются неработоспособные "химеры" имеющие общие признаки с BIM, но не решающие организационные проблемы в полном объёме.
Психологические барьеры, появившиеся во времена советской технократии, обусловленные разделением труда между инженерами, что являются основной причиной низкого уровня внедрения организационно-технических систем BIM, так как идеология BIM разрабатывалась с учётом потребностей западных стран, где организация проектирования формировалась по другим правилам.
Но это не означает, что следует отказываться от высокотехнологичных интегрированных производственных систем. Концепция «Индустрия 4.0» может быть успешно внедрена в российскую действительность подстроившись под реальные условия рынка строительных металлоконструкций.
Что мы имеем при взаимодействии с заказчиком металлических конструкций строительного назначения?
В большинстве случаев, на завод поступают чертежи стадии КМ, которые являются основой для разработки КМД. Если мы планируем создавать завод с высоким уровнем автоматизации, то нам необходимо по каждому проекту иметь в наличии коллаборативную 3D модель адекватную физической модели с возможностью автоматического получения информации для ЧПУ: CIS/2, DSTV, DXF и информации для автоматизированной системы управления производством XML.
В машиностроении для автоматизации проектирования типовых конструкций, с целью повышения производительности, используется метод проектирования программированием правил изменения параметров.
Что такое проектирование методом программирования правил изменения параметров?
В математике, логике и компьютерных науках теорией типов считается какая-либо формальная система, являющаяся альтернативой наивной теории множеств, сопровождаемая классификацией элементов такой системы с помощью типов, образующих некоторую иерархию.
Типовая конструкция – это совокупность правил, назначающих свойства именуемые типами. Диапазон изменений типов называется параметром. Параметр в типовой конструкции имеет детерминированное значение и может быть, как независимым, так и определяющим величину других параметров в иерархии системы правил.
Параметры могут определять не только геометрические свойства проектируемых объектов, но и физические, нормативные, экономические, технологические и т.д.
Все металлические конструкции, изготовляемые на автоматическом сборочно-сварочном оборудовании – детерминированы технологическими параметрами оборудования, следовательно, являются типовыми конструкциями. Следовательно, метод проектирования программированием правил изменения параметров, может быть применён для проектирования строительных конструкций, производимых на этом оборудовании.
Алгоритм проектирования методом программирования правил изменения параметров достаточно лёгкий для реализации, но при этом является трудоёмким на этапе программирования правил.
Заказчик определяет параметры конструкции в конфигураторе через веб-браузер. EDA по введённым параметрам проектирует 3D модель конструкции с которой в автоматическом режиме генерируются чертежи, спецификации, файлы для ЧПУ и т.д. Всё, что можно получить из 3D созданной в системах CAD: Autodesk Inventor, Solid Edge или SolidWorks. EDA может управлять всеми функциями CAD включая CAM и CAE модули, а также интеграцией с другими системами.
Схема взаимодействия систем автоматизации:
На сегодняшний день 4 инжиниринговые компании предлагают автоматические линии сборки/сварки балочных конструкций которые могут быть интегрированы с EDA:
Пример интеграции Tekla Structures с CAM системой линии сборки/сварки балок BeamMaster производства AGT Robotics:
Машиностроительными CAD: Autodesk Inventor, Solid Edge, SolidWorks, которые используют EDA-системы, не поддерживают стандарт CIS/2 в полном объёме. Поэтому для реализации автоматической интеграции роботизированных линий сборки-сварки строительных конструкций потребуется модификация программного обеспечения. Но это не сверхсложная задача. Этот факт надо учитывать при разработке проекта автоматизированного металлообрабатывающего производства и вносить требования в техническое задание. Если не упустить этот аспект на стадии разработки проекта, то проблема будет решена с минимальными затратами.
Заключение:
Российским заводам, внедряющим комплексные автоматизированные системы производства на основе роботов, для эффективного использования высокопроизводительного оборудования, следует на этапе разработки инвестиционного проекта озадачится вопросами взаимодействия с клиентами. В реальных условиях российского рынка металлообработки неотъемлемой частью которого является проектирование, наилучший результат может быть получен за счёт внедрения систем проектирования методом программирования правил изменения параметров. Надеется на то, что в ближайшее десятилетия произведёт массовый переход на BIM-технологии не приходится. Коллаборативная CAD-модель – это основа эффективной организации производства на основе промышленных роботов.
Разработка и внедрение PLM-систем, где в основе лежит автоматическая система проектирования методом программирования правил изменения параметров – это когнитивное конкурентное преимущество, простая и понятная система в которую нужно инвестировать.
Основной фокус концепции «Индустрия 4.0» на интеграции систем автоматизации физического и информационного пространства на протяжении всего жизненного цикла изделия через WEB.
Основной преградой для перехода металлообрабатывающих предприятий в 4.0 является не отсутствие средств автоматизации физического производства, а несоответствующие организационные методы и системы их автоматизации.
Промышленные роботы и другие системы автоматизации под управлением современных ЧПУ могут взаимодействует с 3D моделью без участия человека используя стандарт передачи данных CIS/2, что и применяется в роботизированных автоматических комплексах производства балочных конструкций. CIS/2 – это универсальный "язык" передачи информации металлообрабатывающих машин и систем проектирования. С его помощью можно осуществлять прямую и обратную связь: BIM↔CIS/2↔CAM↔CNC под управлением АСУП.
Наиболее рациональный метод организации проектирования металлических конструкций строительного назначения – BIM. Проектирование металлических конструкций осуществляется в интегрированной информационной среде CAD/CAE в коллаборативный информационной модели, интегрированной с другими стадиями проектирования в BIM-среде: BIM↔CAD↔CAE. BIM является самой эффективной организационно-технической структурой в области проектирования строительных объектов. В индустриально развитых странах с высокой производительностью труда, BIM является общепринятым стандартом информационного взаимодействия между участниками жизненного цикла зданий и сооружений.
Самым рациональным методом внедрения элементов «Индустрия 4.0» является интеграция физического производства и BIM-модели через объектно-ориентированные информационные системы – средствами WEB-CRM: BIM↔CAD↔CAE↔CIS/2↔CRM↔MES↔CAM↔CNC.
Если BIM является самой эффективной организационно-технической системой на сегодняшний день, то зачем разрабатывать и внедрять EDA для «Индустрия 4.0»?
Этот вопрос стал камнем преткновения в обсуждении инвестиционного проекта создания роботизированного производства балочных металлических конструкций в России с участием инвесторов из Скандинавии. Норвежские коллеги не понимают зачем нужно инвестировать в EDA, если есть наработанные BIM-технологии, и оптимальной схемой интеграции завода-производителя металлоконструкций со строительными компаниями и проектными организациями является: BIM↔CAD↔CAE↔CIS/2↔CRM↔MES↔CAM↔CNC.
В России есть компании, которые успешно внедрили BIM-технологии или пытаются это сделать.
Тут хочется выразить благодарность компании Autodesk за организацию мероприятий «BIM-завтраков» в московском офисе. Формат таких встреч является эффективной площадкой для интеллектуального взаимообогащения, где можно послушать информативные выступления приглашённых спикеров и пообщаться с коллегами из разных компаний, узнав из первых уст о реальном уровне развития строительного проектирования в России.К сожалению, несмотря на достаточно высокую популярность современных САПР для строительного сектора: Autodesk Revit Structure, Tekla Structures, Graitec Advance Steel и др. большинство проектов по-прежнему разрабатываются в двухмерных CAD. Российские конструкторские бюро не желают рисковать инвестируя в высокопроизводительные интегрированные решения CAD/CAE способные производить информацию для производства в автоматическом режиме. Это обусловлено низким уровнем зарплат проектировщиков, нестабильном ограниченным рынком и низкой конкуренцией.
В России сложно внедряются интегрируемые системы автоматизации, которые разработаны в западных странах. В РФ есть устойчивые традиции разделения труда проектировщиков на стадии. Tekla Structures – финская разработка, в Финляндии является нормальным, когда один человек делает прочностные расчёты и рабочую документацию для производства. В России нормальным считается разделение проектирования металлоконструкций на стадии КМ и КМД. КМ традиционно разрабатывается в институтах без учёта возможностей производства, КМД разрабатывается на заводах металлоконструкций, обычно уже после подписания договора о производстве металлических конструкций, приложением к которому является в большинстве случаев стадия КМ. Эта традиция сильно влияет на мышление российских инженеров и при внедрении комплексных систем автоматизации, инженеры в свою очередь оказываю влияние на мнение о рациональности внедрения BIM-технологии наводя смуту на экономистов и маркетологов при разработке перспективных финансовых моделей.
Навязанный окружающим социумом образ мышления основанный на традициях разделения труда между инженерами, мешает внедрению BIM-технологий в России. Программы внедрения строительных САПР в России практически всегда уникальны из-за поиска компромиссов, учитывающих различные мнения, в результате получается некая "химера" от которой выигрывают отдельные операции, но не предприятие в целом.
Трудовая эмиграция инженеров из стран бывшего СССР в ЕС и США достаточно распространена. Вместе с трудовыми мигрантами распространяется и инерционное мышление. Некоторое время назад мне в руки попал тест для определения степени инерционного мышления при приёме на работу русскоязычных инженеров. Там был вопрос, смысл которого я не сразу понял и попросил мне его разъяснить.
Делается ли КМ в CAD-системе? Этот вопрос шёл сразу за вопросом – понимаете ли вы, что такое BIM-система и коллаборативный информационная модель?
Само по себе странно, что этот вопрос задаёт компания не использующее разделение проектирования металлических конструкций на стадии.
90% русскоязычных инженеров отвечают на этот вопрос – ДА, подразумевая процесс графического оформления стадии КМ в системе CAD.
Далее инженеру задаётся вопрос – В какой CAD-системе вам удобнее работать?
- Он отвечает, TeklaСуть этого теста в том, что он помогает определить наличие психологической инерции скрытой за оперированием популярной терминологией без понимания сути. То есть человек непроизвольно стремится действовать согласно накопленному опыту, решать проблемы традиционным путем, но не отрицает эффективной новых прогрессивных методов проектирования.
- Tekla – это CAD? Задаёт вопрос тестирующий.
- Да, отвечает инженер.
- Значит вы можете проектировать металлоконструкции в Tekla?
- Да
- В Tekla можно сделать прочностные расчёты?
- Нет, для этого нужна система CAE
- Но вы минуту назад сказали, что можете проектировать металлические конструкции в Tekla?
- Вы меня неправильно поняли, начинает оправдываться инженер.
Это не единственный вопрос для тестирования инженеров на предмет психологической инерции мышления. Мене это стало очень интересно, и я нашёл разработчиков этой системы тестирования, пообщавшись решил сам устроить ряд экспериментов для проверки истинности теста.
В частных случаях истинность умозаключений разработчиков теста подтвердилась, эксперименты проводил на добровольцах из числа тех, кого знаю. После я воспользовался интернетом и стал провоцировать пользователей инженерных форумов на отрицание. В условиях анонимности, не покидая зону комфорта люди легко входят в состояние отрицания под воздействием несложных манипуляций. Если человек не опасается последствий своих ответов, он честно будет отрицать мнения которые ему некомфортны. И опять же, 100% попадание.
Было также замечено, что психологическая инерция мышления усиливается с увеличением опыта. У студентов такая психологическая особенность часто отсутствует вовсе.
Инженеры в период обучения в вузах получают образование в равных условиях. После начала трудовой деятельность, традиционная система организации проектирования распределяет их по разным стадиям, КМ и КМД и лишь немногие получают равномерный опыт проектирования разных стадий, ещё меньше – опыт совместного проектирования в интегрированной среде. Приобретая опыт в разработке КМ или КМД, инженер создаёт собственную зону комфорта которую он неосознанно не желает покидать, это и есть причина инерции мышления. На несознательном уровне, непривычные действия ассоциируются с дискомфортом.
Встречая эту преграду крайне трудно внедрить BIM-систему, приходится искать компромиссы изменяя постулатам промышленной философии BIM, в результате получаются неработоспособные "химеры" имеющие общие признаки с BIM, но не решающие организационные проблемы в полном объёме.
Психологические барьеры, появившиеся во времена советской технократии, обусловленные разделением труда между инженерами, что являются основной причиной низкого уровня внедрения организационно-технических систем BIM, так как идеология BIM разрабатывалась с учётом потребностей западных стран, где организация проектирования формировалась по другим правилам.
На одном из семинаров по теории изобретательства слушателям была предложена такая задача:Учитывая вышеприведённую аргументацию и ряд других причин, надеется на скорое изменение системы проектирования в России и массовое внедрение BIM-технологий не приходится.
"Допустим, 300 электронов должны были несколькими группами перейти с одного энергетического уровня на другой. Но квантовый переход совершился числом групп на две меньшим, поэтому в каждую группу вошло на 5 электронов больше. Каково число электронных групп? Эта сложная проблема до сих пор не решена". Слушатели — высококвалифицированные инженеры — заявили, что они не берутся решать эту задачу:
— Тут квантовая физика, а мы — производственники. Раз другим не удалось, нам подавно не удастся...
Тогда я взял сборник задач по алгебре и прочитал текст задачи:
"Для отправки 300 пионеров в лагерь было заказано несколько автобусов, но так как к назначенному сроку два автобуса не прибыли, то в каждый автобус посадили на 5 пионеров больше, чем предполагалось. Сколько автобусов было заказано?"
Задача была решена мгновенно...
© Альтшуллер Г.С., Алгоритм изобретения, М., "Московский рабочий", 1973 г.
Но это не означает, что следует отказываться от высокотехнологичных интегрированных производственных систем. Концепция «Индустрия 4.0» может быть успешно внедрена в российскую действительность подстроившись под реальные условия рынка строительных металлоконструкций.
Что мы имеем при взаимодействии с заказчиком металлических конструкций строительного назначения?
В большинстве случаев, на завод поступают чертежи стадии КМ, которые являются основой для разработки КМД. Если мы планируем создавать завод с высоким уровнем автоматизации, то нам необходимо по каждому проекту иметь в наличии коллаборативную 3D модель адекватную физической модели с возможностью автоматического получения информации для ЧПУ: CIS/2, DSTV, DXF и информации для автоматизированной системы управления производством XML.
В машиностроении для автоматизации проектирования типовых конструкций, с целью повышения производительности, используется метод проектирования программированием правил изменения параметров.
Что такое проектирование методом программирования правил изменения параметров?
В математике, логике и компьютерных науках теорией типов считается какая-либо формальная система, являющаяся альтернативой наивной теории множеств, сопровождаемая классификацией элементов такой системы с помощью типов, образующих некоторую иерархию.
Типовая конструкция – это совокупность правил, назначающих свойства именуемые типами. Диапазон изменений типов называется параметром. Параметр в типовой конструкции имеет детерминированное значение и может быть, как независимым, так и определяющим величину других параметров в иерархии системы правил.
Параметры могут определять не только геометрические свойства проектируемых объектов, но и физические, нормативные, экономические, технологические и т.д.
Все металлические конструкции, изготовляемые на автоматическом сборочно-сварочном оборудовании – детерминированы технологическими параметрами оборудования, следовательно, являются типовыми конструкциями. Следовательно, метод проектирования программированием правил изменения параметров, может быть применён для проектирования строительных конструкций, производимых на этом оборудовании.
Алгоритм проектирования методом программирования правил изменения параметров достаточно лёгкий для реализации, но при этом является трудоёмким на этапе программирования правил.
- Определяется состав генерируемой EDA информации: 3D (формат), спецификации, чертежи, файлы для ЧПУ, экономические показатели, нормативные требования и т.д.
- Создаются базовые 3D модели, структурированные по типам
- Определяется список изменяемых параметров
- Далее разрабатывается система правил изменения параметров детерминированная нормативными требованиями к проектированию, параметрами сортамента, конструктивными особенностями и т.п.
- Программируются правила изменения параметров
- Разрабатывается WEB-интерфейс конфигуратора
Пользователь системы EDA может не иметь опыта проектирования, требуются лишь базовые прикладные знания. Информация для проектирования может быть в любой форме: КМ, результаты замеров, результаты лазерного сканирования, чертежи и эскизы в любой форме содержащие всю необходимую информацию о конструкции.
Заказчик определяет параметры конструкции в конфигураторе через веб-браузер. EDA по введённым параметрам проектирует 3D модель конструкции с которой в автоматическом режиме генерируются чертежи, спецификации, файлы для ЧПУ и т.д. Всё, что можно получить из 3D созданной в системах CAD: Autodesk Inventor, Solid Edge или SolidWorks. EDA может управлять всеми функциями CAD включая CAM и CAE модули, а также интеграцией с другими системами.
Схема взаимодействия систем автоматизации:
 |
| Кликните на изображение для увеличения |
- AGT ROBOTICS «BEAMMASTER FIT+WELD»
- KRANENDONK PRODUCTION SYSTEMS BV «BEAM ASSEMBLY LINE»
- VOORTMAN STEEL MACHINERY «FABRICATOR»
- ZEMAN BAUELEMENTE «SBA»
Пример интеграции Tekla Structures с CAM системой линии сборки/сварки балок BeamMaster производства AGT Robotics:
Машиностроительными CAD: Autodesk Inventor, Solid Edge, SolidWorks, которые используют EDA-системы, не поддерживают стандарт CIS/2 в полном объёме. Поэтому для реализации автоматической интеграции роботизированных линий сборки-сварки строительных конструкций потребуется модификация программного обеспечения. Но это не сверхсложная задача. Этот факт надо учитывать при разработке проекта автоматизированного металлообрабатывающего производства и вносить требования в техническое задание. Если не упустить этот аспект на стадии разработки проекта, то проблема будет решена с минимальными затратами.
Заключение:
Российским заводам, внедряющим комплексные автоматизированные системы производства на основе роботов, для эффективного использования высокопроизводительного оборудования, следует на этапе разработки инвестиционного проекта озадачится вопросами взаимодействия с клиентами. В реальных условиях российского рынка металлообработки неотъемлемой частью которого является проектирование, наилучший результат может быть получен за счёт внедрения систем проектирования методом программирования правил изменения параметров. Надеется на то, что в ближайшее десятилетия произведёт массовый переход на BIM-технологии не приходится. Коллаборативная CAD-модель – это основа эффективной организации производства на основе промышленных роботов.
Разработка и внедрение PLM-систем, где в основе лежит автоматическая система проектирования методом программирования правил изменения параметров – это когнитивное конкурентное преимущество, простая и понятная система в которую нужно инвестировать.
Комментариев нет:
Отправить комментарий