"АвтоВАЗ" и ИТ

Вячеслав Куськов (справа), начальник отдела САПР металлургического производства АО АвтоВАЗ, и глава московского представительства EDS UG Генрих Мелус.

Тридцать лет назад на ровном поле, обозначенном в проектах как "территория близ деревни Русская Борковка в районе г. Тольятти", было начато строительство автомобильного завода. Сегодня автомобили марки "ВАЗ" - неотъемлемая часть национальной экономики России. Не последнюю роль в этом сыграла автоматизация проектно-конструкторского и технологического цикла производства.

Следует отметить, что производство на ВАЗе всегда предусматривало использование вычислительной техники General Electric, Digital (компьютеры PDP, VAX), а теперь рабочих станций и серверов компаний HP и IBM, поэтому развертывание комплексной автоматизации от идеи нового автомобиля до его серийного производства естественно следовало из накопленного опыта и требований времени.

Металлургическое производство на ВАЗе

Как известно, большинство механических деталей серийного автомобиля изготавливается путем литья или штамповки с помощью так называемой оснастки - прессформ, матриц, пуансонов и т. п. Когда оснастка есть, не составляет труда создать нужное количество копий деталей. Однако само производство оснастки представляет собой достаточно сложный процесс, выполняемый в инструментальных цехах и функциональных отделах.

В комплекс металлургического производства входят 4 цеха, ориентированных на ремонт и изготовление определенных видов оснастки, а также 6 технических отделов. При проектировании и изготовлении оснастки в металлургическом производстве ВАЗа задействовано 10% всех работающих на заводе. При изготовлении оснастки используются станки с ЧПУ, выполняющие токарные, фрезерные, а также электроэрозионные операции - в сущности, это универсальные комбайны, способные сделать любую деталь. Сегодня в металлургическом производстве 110 единиц таких станков, работающих в две-три смены. Все это хозяйство предназначено для обеспечения выпуска 1 млн. комплектов автомобилей в год, из которых 720 тыс. (в прошлом году) - готовые автомобили, а остальное - запчасти.

Задача технологических отделов металлургического производства ВАЗ - подготовка оснастки, причем не только в период налаживания производства новой модели автомобиля, но и во время текущего сопровождения действующего производства. Мало кто задумывается, что серийные модели тоже постоянно дорабатываются и модифицируются уже во время производства. Иногда модель со временем переделывается, как произошло, например, с угловатыми "зубилами". Постепенно, в процессе доводки производства, а лучше сказать отладки оснастки, модель приобрела свой нынешний вид.

Проблемы...

Когда на заводе приступили к созданию нового автомобиля ВАЗ-2110, потребовалось кардинальное изменение технологии проектирования и изготовления оснастки. Понадобилась технология, ориентированная на использование средств трехмерного твердотельного проектирования и подготовки программ для станков с ЧПУ.

Собственно говоря, и раньше технологи чувствовали необходимость комплексной автоматизации. Например, для воссоздания обводов каждой детали в среднем требуется до 60 шаблонов, а это ручной труд, так что ошибки неизбежны. В результате постоянно не успевали, страдало качество. Если при этом учесть, что цена готового штампа измеряется десятками тысяч долларов, то каждая ошибка обычно обходится очень дорого. Кроме того, ряд деталей просто не могли нарисовать на плоском чертеже - в принципе невозможно было точно передать замысел конструктора. Технологам часто приходилось вызывать конструкторов на личную беседу, иногда получая ответ типа "делайте как хотите, а там посмотрим на реальном образце".

И решения

Победные реляции об успешном комплексном решении можно встретить только в зарубежных success story, которыми "потчуют" сегодня потенциальных российских заказчиков производители систем автоматизации. На ВАЗе процесс выработки концепции комплексной автоматизации, выбора инструментальных средств и оценки предложений занял без малого 7 лет. Сначала искали что подешевле; пока покупали и осваивали, появлялось что-то новое - предыдущий поставщик по разным причинам не принимал участия в сопровождении и развитии системы, а островная автоматизация не позволяла решить всех накопившихся проблем, но успевала сформировать определенную неприязнь к компьютеризации вообще.

На разного рода интересные, но часто бесплодные попытки освоения различных ОС, САПР или инструментальных средств попросту не осталось времени.

Решение задач комплексной автоматизации в масштабах, определяемых особенностями металлургического производства ВАЗа, было возможно только при наличии современной, как теперь называют "тяжелой" системы CAD/CAM/CAE. Смотрели Anvil - морально устарел, к тому же работает только с поверхностями, а внесение каких-либо изменений в готовый проект - нелегкая задача. Приходилось почти полностью все перестраивать. У пакета Euclid на момент выбора не было возможности работать с твердыми телами, а это для металлургического производства весьма важно; чертежная система AutoCAD не имеет средств CAM; пакет CATIA, хорошо работающий с большими, кузовными объектами, имеет недостаточно развитую часть по взаимодействию со станками с ЧПУ. В общей сложности только в подразделениях металлургического производства ВАЗа использовалось около десяти различных систем автоматизации. В научно-техническом центре ВАЗа для решения задач проектирования автомобиля сегодня применяется система CATIA.

В результате тщательного анализа и тестирования около 20 различных систем, имеющих в своем названии словосочетание CAD или CAM, оказалось, что для специфики металлургического производства ВАЗа (сложная топология небольших деталей, компактные детали, много небольших сложных поверхностей) лучше всего подходит пакет EDS Unigraphics, сам исторически выросший именно из задач CAM и затем расширенный до потребностей CAD и комплексных систем управления всем процессом изготовления изделий.

При выборе учитывались и другие факторы: независимость от аппаратной платформы, наличие представительства в России, уровень сервиса, финансовое благополучие поставщика решения.

В декабре 1994 года было проведено обучение персонала и установлены первые рабочие места системы EDS UG. За 2 месяца все конструкторы по оснастке и технологи-программисты освоили системы, а через 5 месяцев с момента запуска появились промышленные результаты. Уже в феврале 1995 года была получена первая конструкторская документация: чертежи, оформленные по всем правилам ЕСКД, и программы для станков с ЧПУ. В марте 1995 года появилось еще 10 рабочих мест, 6 из которых были реализованы на ПК на базе Intel 80486.

Результаты

Использование системы EDS Unigraphics в металлургическом производстве на ВАЗе позволило:

внедрить технологию сквозного проектирования и изготовления оснастки, за счет чего на 20% сократить сроки подготовки конструкторско-технологической документации и на 30-40% уменьшить объем работ при внесении изменений в конструкцию детали и оснастки; на 60% снизить объем доработок оснастки, необходимых по причине конструкторских ошибок; на 50% сократить время разработки управляющих программ для ЧПУ, особенно программ объемной обработки. В результате появилась возможность в 2,5 раза увеличить банк готовых управляющих программ, причем без изменения численности персонала;

внедрить новую технологию прямого изготовления копир-модели из мягкого материала по программе на станке с ЧПУ, отказавшись от технологии изготовления мастер-модели из дерева или смолы, что позволило сократить сроки и стоимость оснастки, а также оставить вредную работу со смолами;

внедрить технологию объемной обработки. Кроме того, повысилось качество изготовляемой оснастки, на 15-20% сократился объем слесарных доработок, на 20-25% уменьшилось время изготовления оснастки, что особенно ощутимо при изготовлении сложных формообразующих, типичных для новых моделей автомобилей ВАЗ 2110, 2112 и 2113.

Однако главный результат использования системы EDS UNIGRAPHICS в металлургическом производстве ВАЗа состоит в том, что было изготовлено более 30 комплектов оснастки на автомобиль ВАЗ-2110, причем от закупок зарубежных изделий полностью отказались, как было первоначально предусмотрено проектом. Для справки полезно заметить, что стоимость импортной оснастки составляет от 600 тыс. долл. и выше за комплект, в то время как собственное производство оказалось в 2-3 раза дешевле.

Перспективы

На основании исследований зарубежного опыта эксплуатации систем типа EDS UG можно сказать, что требуется увеличить число мест для работы системы: по конструкторской подготовке оснастки потребность удовлетворена только на 20%, по технологической - на 30%. Для создания нормально функционирующего производственного цикла только на металлургическом производстве требуется еще не менее 30 рабочих мест EDS UG.

Но главное направление работ - сквозная автоматизация. Одним из препятствий на этом пути стала стыковка различных систем. Конструкторское подразделение - НТЦ ВАЗ имеет на вооружении станции RS/6000 с системой CATIA, а технологические департаменты завода используют пакет EDS Unigraphics.

По-прежнему вручную организовано управление документооборотом и отсутствует единая система координации цикла разработки изделий - на заводе имеются все условия для внедрения таких систем управления производственной информацией, как IMAN или OPTEGRA.

Рано еще говорить, что в отделе САПР металлургического производства довольны уровнем автоматизации в своем хозяйстве. Когда в статьях или рекламных листках встречаются фразы типа "заказчик остался доволен и активно эксплуатирует поставленную ему систему", это чаще всего означает, что либо проект был заказчику безразличен, либо он и не собирался его использовать. В ходе эксплуатации наверняка возникают пожелания и дополнения. Готовность выслушивать и учитывать их - сегодня один из важнейших критериев выбора поставщика.

---

С Дмитрием Волковым можно связаться по электронной почте по адресу: vlk@osp.ru.

---

Частица зарубежного опыта - Opel Бельгия

Во многом производство Opel в Бельгии напоминает ВАЗ. Это типичное производство General Motors: 7 тыс. служащих собирают автомобили Opel Astra и Vectra в количестве 400 тыс. шт. в год. Несмотря на ориентацию главным образом на местный рынок (как и ВАЗ), завод выпускает автомобили европейского уровня, 5% из которых идет на экспорт. Основная часть проектно-конструкторских работ выполняется вне предприятия - на завод поступает готовая документация на автомобиль, включая и спецификации на производственную оснастку. Благодаря высокой интенсификации и автоматизации, в основе которой лежит система EDS UG, заводу удается при относительно небольшой численности персонала выпускать почти полмиллиона автомобилей. EDS Unigraphics завод использует с 1995 года. Ранее система автоматизации базировалась на мэйнфрейме IBM, где с 1983 года работала система CADAM. Однако сегодня данная модель оказалась неконкурентоспособной, даже в условиях работы на освоенном рынке Бельгии. Учитывая, что почти вся документация на автомобиль приходит от других предприятий концерна GM, расположенных за тысячи километров от Бельгии, а при смене моделей без изменений остается только 30% деталей, то оперативность и точность воссоздания оснастки и формообразующих деталей имеют для завода огромное значение.

---

Unigraphics на ВАЗе сегодня

В металлургическом производстве ВАЗа система EDS UG стала интегрирующей средой для обеспечения процесса сквозного проектирования и изготовления всей оснастки. Сегодня технологическая цепочка выглядит так:

на основе чертежа на бумаге, эскиза или конструкторской электронной модели детали, поступающей из конструкторского отдела, создается полная трехмерная геометрическая модель, необходимая для изготовления оснастки. Сегодня технологи получают не только математическую модель из НТЦ ВАЗ, а часто плоский чертеж - источник нестыковок поверхностей, особенно для сложных обводов деталей современных автомобилей. Система EDS UG еще на стадии проектирования позволяет видеть на экране несогласованности;

создание трехмерной модели оснастки со сложными формообразующими, например кокильной оснастки, используемой для литья деталей в форме, содержащей стержни из песка, которые потом убираются, оставляя полости. В отличие от обычной технологии литья под давлением или штамповки с помощью открытой матрицы и пуансона трудно представить топологию конечной детали - все внутри. Сколько плоских сечений раньше нужно было сделать, чтобы уяснить внутреннюю геометрию детали! Определенные сложности вызывает и проектирование геометрии кузнечной оснастки, процесс изготовления которой обычно предполагает несколько проходов, обычно три-четыре, прежде чем формируется готовая деталь. Здесь особенно важен расчет, оптимизация отходов. Кстати, эта возможность первоначально отсутствовала и в UG, однако в ответ на пожелания вазовцев такая программа была встроена в состав интегрированного комплекса;

моделирование, расчет и анализ спроектированной с помощью EDS UG оснастки и при необходимости - ее доработка. Пакеты MAGMA и MOLDFLOW в паре с UG позволяют моделировать процесс отливки металлов и полимеров соответственно, избегая изготовления дорогостоящих натурных образцов, так называемых копир-моделей, по которым копировальный станок создает реальную прессформу из металла;

проектирование инструмента второго порядка: электродов, шаблонов - контршаблонов;

разработка управляющих программ для станков с ЧПУ и включение их в библиотеку. Созданная на металлургическом производстве система планирования и оперативного управления подготовкой, архивированием и передачей управляющих программ на станки с ЧПУ позволяет загружать данные на станки через магнитные носители и по каналам DNC. Система реализована на сети ПК, подключена к пакету UG и составляет с ним единое целое. Для изготовления шаблона из архива вызывается чертеж, математическая модель детали и по номеру соответствующей программы для ЧПУ за два часа готовится новый штамп или прессформа. Раньше на это уходили дни и недели;

подготовка всей необходимой конструкторско-технологической документации, изготовление и передача готовой оснастки в производство.