Modelowanie współbie Ŝnego rozwoju wyrobów, procesów i systemów wytwarzania

w cyklu Ŝycia wyrobów.

Duda Jan Paprocki Marcin

PROCAx 2008

Politechnika KrakowskaInstytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji

Plan wyst ąpienia

� Wprowadzenie� Strategie rozwoju wyrobów� Kierunki integracji systemów komputerowego wspomaga nia

stosowanych w cyklu Ŝycia wyrobów� Integracja funkcjonalna� Integracja w obszarze konstrukcyjno technologiczneg o przygotowania produkcji� Integracja w obszarze technologiczno organizacyjneg o przygotowania produkcji� Model danych PPR

� Integracja informacyjna� Integracyjna rola baz danych � Systemy PDM � Rozwój aplikacji PLM owych

� Integracja kompleksowa� Współpraca systemów komputerowego wspomagania z sys temami informacyjnymi

kooperuj ących ze sob ą przedsi ębiorstw� Federacyjne środowisko współpracy biznesowej

� Przegl ąd metod modelowania� IDEF (Integration DEFinition language),� BPMN (ang. Business Process Modelling Notation

� Modelowanie procesu rozwoju wyrobów

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 siępoziomem automatyzacji czynności projektowych

� zastosowanie zintegrowanych systemów informatycznych dla uzyskania powiązań informacyjno decyzyjnych

Partnerstwo w rozwoju wyrobów

Partnerstwo w rozwoju wyrobów bazuje na stopniowym podziale zadań i odpowiedzialności projektowej:

�pomiędzy wewnętrznymi działami przedsiębiorstwa,�pomiędzy organizacjami dostawcami,�pomiędzy organizacjami w relacji klient-dostawca.

Eigner M.: Product Lifecycle Management – The Backbone for Engineering.

czas

Projektowanie marketingowe

czas

czas

Projektowanie konwencjonalne(ang. Serial Engineering)1985-1995

Projektowanie współbie Ŝne (ang. ConcurrentEngineering )1995-2005

Projektowanie kompleksowe(ang. Cross EnterpriseEngineering ) 2005

Cross Enterprise Engineering CEE)

�Projektowanie kompleksowe jest rozszerzeniem koncepcji projektowania współbie Ŝnego CE a tak Ŝe elementem integruj ącym „ krzy Ŝujące si ęprzedsi ęwzięcia” w cyklu Ŝycia wyrobu. Równoległa realizacja i integracja projektów produktów i proce sów jest rozpoczynana na wczesnym etapie rozwoju. Obejmuje ona zarówno dostawców i klientów, jak równie Ŝ szereg ró Ŝnych zewn ętrznych i wewn ętrznych technologii informacyjnych (IT).

�W projektowaniu CEE, poszczególne cz ęści podzespoły, wyroby i systemy s ą rozwijane jednocze śnie na poziomie lokalnym , biznesowym i inŜynierskim.

�Narzędziami wymiany informacji s ą Intranet i Internet.

Integracja systemów komputerowego wspomagania

� Integracja funkcjonalna� Integracja informacyjna

� integracja kompleksowa

� wykonanie wszystkich działa ń niezbędnych mo Ŝliwierównocze śnie (strategia CE),

� uwzgl ędnienie przenikania si ę działań o charakterzebiznesowym z działaniami in Ŝynierskimi (strategiaCEE). integracj ę kompleksowa

CELE

RODZAJE

Integracja funkcjonalna

� Integracja w obszarze konstrukcyjno technologicznego przygotowania produkcji

� Integracja w obszarze technologiczno organizacyjnego przygotowania produkcji

QFDCAM

DFx...CAD CAPP

SRCERP

CRM

Integracja w obszarze konstrukcyjno technologicznego przygotowania produkcji

Concept development

DesignProcess planning

Prototyping

Production planning

Supply

Manufacturing

Distribution

Sales

Service after sales

Product Lifecycle

Production planningphases

Production & usagephases

RP/RT

PPC

Inteligentny CAD/CAM

Projektowanie technologiczne

Projektowaniekonstrukcyjne

CAD/CAE CAMDMU

FEM

CAAPP

CAPP

CAD/CAEDFx

DFx

CAM

•DFA (Design for Assembly – projektowaniezorientowane na montaŜ),•DFM (Design for Manufacture Concurrent Costing –projektowanie zorientowane na kalkulacjękosztów we współbieŜnym wytwarzaniu części),•DFS (Design for Service – projektowaniezorientowane na obsługę serwisową wyrobu),•DFE (Design for Environment – projektowaniezorientowane na ochronę środowiska w aspekcieuŜytkowania i złomowania wyrobu).

Projektowanie technologiczne

Projektowaniekonstrukcyjne

CAD/CAE CAMDMU

FEM

CAAPP

CAD/CAE

DFx

DFACAAPP

CAPP

•definiowanie jednostek jednostekmontaŜowych•generowanie sekwencjimontaŜowych•opracowanie planu montaŜu•dobór metod i środkówtechnicznych do realizacji montaŜu•opracowanie dokumentacji procesumontaŜu.

Metody generowania sekwencji monta Ŝowych

� zbiór metod charakteryzujących się trzystopniową procedurą budowania sekwencji obejmującą; generowanie relacji pomiędzy składnikami gotowego wyrobu, generowania sekwencjimontaŜowych i wybór najlepszej sekwencji zgodnie z przyjętym kryterium optymalizacji.

� metody polegające na podziale zmontowanego zespołu na podzespoły, a następnie generowaniadla kaŜdego podzespołu podsekwencji z zastosowaniem prostych reguł,

� metody bazujące na technice systemów ekspertowych budowanych dla montaŜu konkretnychunikatowych zespołów,

� metody generujące róŜne warianty sekwencji montaŜu wyrobów poprzez modyfikację wstępniezdefiniowanych sekwencji.

� metody algorytmiczne dające optymalną, zgodnie z podanym kryterium, sekwencje montaŜową,� metody heurystyczne dające rozwiązanie w rozsądnym czasie.

Kierunki integracji

DFACAAPP Definiowanie jednostek jednostek

montaŜowych

Generowanie sekwencji montaŜowych

Opracowanie planu montaŜu

Dobór metod i środków technicznych do realizacji montaŜuOpracowanie dokumentacji procesu montaŜu

Analiza montaŜowa wyrobu wg kryterium:

Min liczby części

Eliminacji części,

Określenie:

symetrii cześci,

trudności przenoszenia,

trudności kojarzenia

Dobór czasów operacji

Szacowanie kosztów

CAAPP

Projektowanie technologiczne

Projektowaniekonstrukcyjne

CAD/CAE CAMDMU

FEM

CAAPP

CAPP

CAD/CAE

DFx

DFA

CAPPDFM•dobór i projektowanie półfabrykatu

•generowanie struktury procesu obróbki•opracowanie planu obróbki•dobór metod i środków technicznych do realizacji procesu obróbki•opracowanie dokumentacji procesuobróbki.

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 procesuobróbki

Kierunki integracji

CAPP DFMDobór półfabrykatu i technologii wykonania ,

Określenie struktury procesu technologicznego obróbki

Projektowanie operacji technologicznych, dobór oprzyrządowania przedmiotowego i narzędziowego

Opracowanie dokumentacji procesu obróbki

Dobór czasów operacjiSzacowanie kosztów

Projektowanie technologiczne

Projektowanie konstrukcyjne

CAD/CAE CAMDMU

FEM

CAAPPCAPP

CAD/CAE CAM

Szybki rozwój systemów CAD i CAM w porównaniu z sys temami 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.

� rozbudowanych obiektów zawieraj ących informacje, które mog ą byćinterpretowane w rozbudowany wariantowy sposób, charakterystyczny dla wnioskowania w systemach dora dczych,

� szablonów pozwalaj ących na projektowanie procesu w oparciu o utworzony wcze śniej wzorzec,

� modu łów pozwalaj ących na zapis wiedzy technologicznej a nast ępnie wykorzystanie tej wiedzy w procesie projektowym.

Poziom automatyzacji wzrasta wyniku zastosowania

IntelligentCAD/CAM systems

Wymagania dla systemów projektowania technologicznegoZastosowanie 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 dlaszerokiego spektrum typowych części maszyn, elementówskładowych wyrobów,

� zdolność do projektowania procesów technologicznych obróbki przyuwzględnieniu dysponowanych moŜliwości systemu wytwarzania,

� zdolność do generowania szeregu wariantów procesutechnologicznego z róŜnym stopniem szczegółowości opracowania.

Integracja w obszarze technologiczno organizacyjnego przygotowania produkcji

� 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.

� projektowanie restrukturyzacji przestrzennej modernizowanegosystemu produkcyjnego,

� projektowanie nowego systemu produkcyjnego.

Tok post ępowania

Przypadki

Fazy

� 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

� Wstępna obejmującąokreślenie zadania produkcyjnego czyli asortymentu wyrobów jaki ma być produkowany, wymagańco do zdolności produkcyjnych, typu systemu produkcyjnego i struktury procesów produkcyjnych wyrobów, ograniczeń i innych wymogów projektowych wymiarowaniesystemu (określanie rodzajów i liczby elementów systemu),

DELMIA Digital Manufacturing Solutions

About V5 Infrastructure…

Choose an application…

3D Assembly

Work InstructionsProcess Planning

Time Measurement

Product DesignRobotics

NC Manufacturing simulation

Machining Planning

PLC & AutomationFactory Flow Simulation

Ergonomics

Referencing…

Conclusion …

Projektowanie procesu i systemu wytwarzania

Praca dyplomowa Grzegorz Góra Paweł Handzlik: Projekt symulacji procesu technologicznego montaŜu pompy wodnej z zastosowaniem pakietu PLM DELMIA

Projektowanie procesu technologicznego montaŜu

Modele CADelementów pompy

Karty instrukcyjne montaŜu

Rysunek złoŜeniowy

Analiza i symulacja montaŜu DELMIA: Assembly Design,

DMU Fitting

Projekt procesu technologicznego montaŜu

Podział na jednostki montaŜowe

ZłoŜenia i podłoŜenia

Projektowanie systemu montaŜowego

Projekt stanowiska

Analiza ergonomicznastanowiska

TAK

NIE

Modele elementów i wyposaŜenia stanowiska

DELMIA: Part Design, AssemblyDesign, Gerenative Shape Design

Zaleceniai normy

DELMIA: Human Builder, Human Task Simulation,Human Activity Analysis

Model miejsca montaŜowego

Symulacja procesuDELMIA: DMP

Assembly, HumanBuilder, Human Task

Simulation

Projekt procesu technologicznego

montaŜu

Spełnionewymogi

Katalogi elektroniczne producentów

Symulacja i analiza procesu

Robotnicy Podział zadań

Manekiny

Symulacja procesuDELMIA: DMP Assembly, HumanTask Simulation, Human Builder

Analiza symulacji

Synchronizacja

Analiza procesu pod względemergonomiczności

Diagram PERT

Projekt procesu technologicznego montaŜu

TAKNIE

Procespoprawny

TAK

NIE

DELMIA: Human Activity Analysis

Analiza otrzymanego systemu

WnioskiKoncepcja poprawy

rozwiązania

Symulacjapoprawna

Biblioteka procesu

Modele CAD elementów pompy

Karty instrukcyjne montaŜu

Wykonanie kart instrukcyjnych montaŜu

Analiza i symulacja montaŜu

Przeprowadzenie symulacji w narzędziach dostępnychw systemie Catia V5 – DMU Fitting

Podział na jednostki montaŜowe

Graficzny plan montaŜu

Rysunek złoŜeniowy

Rysunek złoŜeniowy zespołu wirnika

Modelowanie wyposaŜenia stanowiska montaŜowego

Modele elementów składających się na stanowisko pracy zostały stworzone

samodzielnie w programie DELMIA lub pobrane z internetowych katalogów

producentów.

Projektowanie stanowiska

Stanowisko pracy zostało zaprojektowane w oparciu o normy i zgodnie

z zasadami ergonomii.

Analiza ergonomiczna stanowiska

Projekt stanowiska poddano szczegółowej analizie ergonomicznej:

• Pole widzenia

• Zasięgi

• Pozycje przyjmowane przy pracy na stanowisku

Model systemu montaŜowego

Otrzymany model systemu montaŜowego, będący równieŜ projektem

(podstawą dla architektów do wykonania projektu), jest integralną

częścią symulacji.

Biblioteka procesu

• Stworzenie biblioteki procesu

• Dołączenie biblioteki do tworzonej symulacji

Manekiny

• Za pomocą DELMIA-Human Builder definiowane są cyfrowe modele pracowników – manekiny.

Symulacja procesu

Synchronizacja

• Stosując diagram PERT w systemie DELMIA, dokonujemy

synchronizacji symulacji, tak aby odpowiadała rzeczywistemu

procesowi.

Analiza symulacji

Analiza poprawności wykonania i poprawa symulacji

Analiza ergonomii

• badanie kolizji,

• analiza przestrzeni,

• analiza pozycji przyjmowanych przy pracy,

• obciąŜenie pracownika.

Koncepcja poprawy rozwiązania

Zasób

⇒⇒⇒⇒ Wspieranie innowacji

Proces wytwarzania

ProdukcjaProjektowanie i symulacja

Całkowita integracja poprzez PPR model

Wyrób

�Product1-co produkować

�Processes2-jak produkować

�Resourses3-czym produkować

QFDCAM

DFx...CAD CAPP

SRCERP

CRM

PDM RP/RT

Integracja informacyjnaPDM (Product Data Management)

Concept development

DesignProcess planning

Prototyping

Production planning

Supply

Manufacturing

Distribution

Sales

Service after sales

Przeznaczenie

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

Zasada działania

� Rozwój wyrobu realizowany jest zgodnie z zapisanym w formie diagramów Workflowprzebiegiem pracy

Zasada działania

� Narzędzia modułu Workflow pozwalają na zapis skomplikowanych procesów przepływu informacji w przedsiębiorstwie a takŜe między kooperującymi ze sobą przedsiębiorstwami.

� Są środkiem skutecznego wdraŜania strategii rozwoju wyrobów

� Istotnego znaczenia nabiera problem modelowania przepływu pracy zgodnie ze strategiami rozwojowymi wyrobów CE i CEE

Zaprojektowanie grafów przepływu danych i zadań

Stworzeniestruktury bazy danych

Zakres implementacji PDM

Dostosowanie bazy danych oraz wypełnienie jej danymi

Tworzenie instrukcji obsługi dla użytkowników

Instalacja stanowisk klienckich

Instalacja stanowiskserwerowych systemuSMARTEAM

Stosowane narzStosowane narzęędzia do modelowania rozwoju wyrobudzia do modelowania rozwoju wyrobu

Kompromis pomiKompromis pomięędzy dzy zrozumiazrozumiałłoośściciąą modeli modeli

biznesowych i wymogami biznesowych i wymogami modeli implementacyjnychmodeli implementacyjnych

JJęęzyk modelowaniazyk modelowaniaGraficzna notacjaGraficzna notacja

BPMNBPMN BPEL+

Notacja do Notacja do modelowania zagadniemodelowania zagadnieńń

biznesowychbiznesowych

UMLUMLIDEFIDEF

Uniwersalny jUniwersalny jęęzyk zyk modelowania zagadniemodelowania zagadnieńń

biznesowychbiznesowych

ZrozumiaZrozumiałłoośćść modeli modeli biznesowychbiznesowych

MoMoŜŜliwoliwośćśćimplementacji modeli implementacji modeli

biznesowychbiznesowych

BPMN – elementy składowe notacji

Obiekty przepływu:

�Zdarzenia

�Czynności

�Bramki

�Inne obiekty (Artefakty):

Elementy łączenia obiektów:

�Przebieg procesu

�Przebieg informacji

�Powiązania

Miejsce realizacji procesu:

�Jednostki – Uczestnicy

�Role Biznesowe – Tory

BPMNBPMN BPELBPEL

AdnotacjeGrupyDane

JJęęzyk zyk

modelowaniamodelowania

Elementy skElementy skłładowe notacjiadowe notacji

Na podstawie diagramu utworzonego w notacji BPMN generowany jest kod źródłowy w formacie XML programu zarządzającego pracą zespołu CE w środowisku rozproszonym

INTEGRACJA

Współpraca nad rozwojem

wyrobu

Zarządzanie łańcuchem

dostaw

Zarządzanie relacjami

z klientami

Zarządzanie zasobami

przedsi ębior-stwa

ProducentKlient

DostawcaPartner

Projektowanie marketingowe

Projektowanie konstrukcji

Projektowanie technologiczne

Budowaprototypu

Zaopatrzenie

WytwarzanieDystrybucja

wyrobów

Sprzeda Ŝi marketing

PLMDostawado klienta i serwis

Projektowanie organizacyjna

Integracyjna rola systemów PDM

PDM

P

L

M

Product, process resource innovation

Life cycle optimization

Management system

DFx...

CAPP

CAD

CAM

InŜynier zarz ądzającyInŜynier zarz ądzający

Projektant zespołów

Projektant elementów

�W prowadzeniu prac koncepcyjnych, projektowych, tworzeniu prototypów i testowaniu nowych wyrobów,

PLM PLM pomagapomaga

DostawcaWytwórca

Projektant

Sprzeda Ŝ

Obsługa serwisowa

�współpracę ze sprzedawcami partnerami serwisowymi i uŜytkownikami wyrobów

PLM PLM wspierawspiera

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

PLM PLM pomagapomaga

Integracja kompleksowa

Integracja kompleksowa polega rozpatrywaniu współpracy systemów komputerowego wspomagania z systemami informacyjnymi kooperujących ze sobą przedsiębiorstw. W zintegrowanym środowisku, z ciągłą zmianą partnerów biznesowych, systemy PLM muszą zapewniać realizacjęstrategii CEE.

Architektura systemu dla realizacji strategii CEE

Poziom 1Strategia współpracy

Poziom 2Współpraca 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-enterpriseBusiness Process Management

Dystrybucja i zarz ądzanie informacj ą

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.

Eigner M.: Product Lifecycle Management – The Backbone for Engineering.

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. ProductData Management)

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 realizacjędynamicznego 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.