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数字化制造设计中产品生命周期与生产系统管理的信息联系
安德烈·库蒂纳、维塔利·多戈瓦、米哈伊尔·塞迪克哈
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摘要：
产品生命周期过程是数字制造设计中的传统对象。设计和技术方案的变化要求企业生产系统的技术和技术管理能随之变化。生产的每一种产品都会对生产系统提出自己的一套要求。为了满足这些要求，系统必须高度灵活。为了使系统准备好生产给定范围的产品，生产系统生命周期和制造产品的生命周期之间需要信息链接。生产系统的生命周期有几个特征。例如，系统的使用阶段包括设计(技术更新、升级)，以及建造和回收。该工作在参与生产系统使用阶段的过程和参与制造产品设计和生产阶段的过程之间建立了信息联系。这使得开始生产新型产品的时间减少了30%到40%。
关键词:生命周期；柔性制造系统；重建
- 介绍
现代机械制造企业的成功运营在很大程度上取决于其快速适应制造新型产品的能力[1]。
制造产品范围或制造进度的变化也要求企业生产系统的技术、工艺和管理能力能够相应的变化。
每个制造出来的产品都会对企业的生产系统提出一套独特的技术要求，为了满足这些要求，生产系统必须高度灵活。并且每次必须在不停止当前产品制造的情况下执行这种调整[2]。
在产品生命周期的设计阶段，根据现有的技术和管理相关决策，能够制定技术上必要的要求，但没有充分考虑制造系统当前的技术能力。
数字多范围制造是一个包含复杂信息链接的系统。新产品制造的技术计划会导致这些环节发生变化，这反过来又会降低特定产品范围的制造效率。
为了确保新产品制造准备阶段的系统思维，需要协调制造产品和生产系统本身的生命周期控制[3]
2.生产系统生命周期的具体特征
生产系统是复杂的技术单元，它们的生命周期包括存在于任何其他产品生命周期中的阶段:设计、制造(建造)、使用和回收。
与机器制造的产品不同，生产系统在其生命周期中定期进行调整。制造新产品需要这种适应。在整个企业的生产系统中，会产生一个较小的系统，致力于新产品的制造。
这可以得出结论，生产系统生命周期的使用阶段包括更小的周期，每个周期由相同类型的阶段组成:设计、制造(建造)、使用和回收(图1)。
在企业生产系统的设计阶段，就知道每个产品的制造过程需要哪种较小的系统。反过来，它们又包括用于制造每种产品的由技术、运输和仓库设备组成的子系统。如果制造过程是自动控制的，相应的控制设备也包含在该过程所涉及的生产系统中。
生产系统的建设阶段在许多情况下包括设备、公用设施网络等的拆除，因此在这种情况下建设和回收阶段是结合在一起的。
图1.企业生产系统生命周期的阶段
图2 .流程生产系统和产品生命周期内的信息链接
3.企业生产系统生命周期内的信息链，以及制造产品的生命周期
对现有生产系统进行优化，以生产指定范围的产品；要求确保企业生产系统和被制造产品生命周期过程的信息交互。
设计阶段包括为所设计的生产系统生成专用于设备选择、生产区域布局、人员选择和控制系统的项目解决方案。项目解决方案是根据以下可能情况之一选择的:
1 .制造设备的技术能力具备制造产品所需的所有技术能力，或者
2.这个条件不满足.
第一种情况下的项目解决方案定义了设备的设置，包括工具和加工模式的改变。这些解决方案的实际实施简化为设备设置。
在第二种情况下，项目解决方案可以定义设备设置、技术布局、设备控制系统的变更，以及在第一种情况下生成的解决方案。
在工艺相关生产系统生命周期的设计和建造/回收阶段，以及产品生命周期的设计和制造阶段，建立了工艺之间的信息联系(图2)。
为了确保产品制造的效率，必须建立在产品生命周期的设计阶段和过程生产系统生命周期的使用阶段对过程的共同控制。
流程生产系统是通过定义工作场所之间相应的物流联系而产生的。这样做是为了执行生产任务。在多产品系列制造的情况下，它们的使用周期可能持续几个班次[3]。
任务完成后，工艺生产系统循环使用。当第一个案例项目解决方案被实施时，工作场所之间的其他联系被建立，从而产生新的过程生产系统。因此，包含第一个案例项目解决方案的新流程生产系统被定义为企业生产系统PSen的多个工作场所，并且可以被认为是虚拟的(图3)。
第一种产品的工艺生产系统PSi可以表示为一个向量：
其中Tssi表示用于制造第一种产品的生产系统的技术子系统的工作场所；
Twi是指生产第I产品的过程生产系统的运输子系统的工作场所；
Whi指生产第一产品的过程生产系统的仓库子系统的工作场所；
Wik指生产第I类产品的过程生产系统的工作场所。
第一个案例项目解决方案的实施满足以下条件:
其中Wen指企业生产系统的工作场所。
在实施第二个案例项目解决方案期间，过程生产系统PSi(2)包括不属于企业生产系统的新工作场所:
过程生产系统包括由管理层绑定到不同生产部门的工作场所。
图3.产品设计过程和过程生产系统中的信息链接
这些工作场所的技术能力必须满足产品生命周期设计阶段产生的工艺流程所定义的要求。
反过来，工艺流程是根据设计方案和经济参数定义的技术要求而产生的。
与企业生产系统的技术能力不匹配的技术要求导致设计和构建过程生产系统所花费的资源增加。
为了减少设计和构建过程生产系统所花费的资源量，建议尽可能使用第一案例项目解决方案。
这要求在产品生命周期的设计阶段生成的设计相关和技术解决方案与在过程生产系统的设计阶段生成的项目解决方案相匹配。
信息交互的示意图如图3所示。
4.喷气发动机制造中的物流和生产过程建模
喷气发动机制造工厂的物流流程在提高生产系统的竞争力方面发挥着重要作用。物流流程的传统要素包括物流规划、供应链控制、运营调度、设备能力平衡等。
获得调度有效性估计的一种方法是“周期内并行度”(ICP)指标，该指标显示其设备利用时间总和与其吞吐时间的比值。该指示器适用于比较处理时间一致的订单的吞吐量特性。
现代喷气发动机制造工厂车间的物流系统是半成品、二次材料和信息流的复杂互连(图4)。
实际的物流问题通常包含非线性、组合关系和不确定性，不能通过简单地以“经批准的数学规划方式”列出一个目标和一系列约束来有效地建模。许多这些复杂性只能通过诉诸模拟来捕捉——这一结果给经典优化方法带来了严重的困难。在这种情况下，通常唯一可用的方法是列举一系列场景，希望至少有一个给出可接受的解决方案。因此，优化和仿真社区的一个长期目标是创建一种方法来指导一系列仿真以产生高质量的解决方案。这种目标对于处理许多真实世界的生产过程流问题超出了传统数学优化系统的解决能力这一事实是至关重要的[4]。
将开发的生产过程模型应用于燃气轮机压缩机叶片的制造，可以优化制造过程结构和操作之间的物流，最终结果是减少总生产提前期[5]。
通过为选定的零件系列创建闭环生产链，预成型件和半成品零件的运输距离得以缩短，这些零件系列构成了大部分的生产量[6]。
结论 在企业生产系统生命周期的使用阶段发生的过程和制造产品生命周期的设计和生产阶段发生的过程之间建立信息联系。
图4 .航空航天设施车间布局
为了保证企业生产系统和制造产品生命周期之间的信息交互，需要集成数字化制造技术和数字化设计与管理技术。这使得工艺生产系统的设计和建造阶段减少了30%至40%。
承认 本研究由俄罗斯教育和科学部资助，项目任务编号为9.2664.2014/K
参考
[1]申克，沃斯，穆勒，工厂规划手册-情境驱动的生产设施规划，柏林，斯普林格；2010.
[2]普特尼克，斯拉格，埃尔马拉希，泰蒂，科伦，托利奥，洪波.制造系统设计和操作的可伸缩性:现状和未来发展路线图.《CIRP年报——制造技术》，2013年；62-2:751–774。
[3]语义虚拟工厂支持生产系统的互操作建模和评估，CIRP年报-制造技术，2013；
[4]《定制生产中技术系统的模拟》，俄罗斯工程研究，2010年；9: 951-957。
[5]格里戈列夫S.N .，库丁有限公司，土耳其制造公司.基于量纲分析的航空航天工业复杂生产过程建模，第46届CIRP制造系统CIRP会议，2013；。473-478
[6]库丁，土耳其硕士。闭环制造系统的建模和设计，应用力学和材料。2013年；378: 367-374。
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