САПР как ключ к развитию машиностроительного предприятия

ОБМЕН ОПЫТОМ

Подготовка, проведение и оценка результатов тендера

Феликс Шамрай,

Андрей Буланов,

Александр Благодарев,

Многие машиностроительные предприятия в настоящее время стали собственностью тех или иных корпораций, которые, приобретя подобный актив, стараются найти путь его развития. Известна лишь конечная цель - увеличение объема продукции, повышение продаж, рост капитализации. Но как этого достичь? Для ответа на такой вопрос следует провести анализ проблем предприятия, препятствующих росту его эффективности. В статье пойдет речь об "Уральском турбинном заводе", входящем в группу компаний РЕНОВА, который выпускает на российский и зарубежный рынки продукцию для энергетической отрасли - турбины большой, средней и малой мощности, как паровые, так и газовые.

Анализ

В апреле прошлого года экспертная группа, состоящая из работников завода, провела анализ, который выявил ключевые проблемы предприятия и установил пути их преодоления:

- выпуск законченного комплекта рабочей конструкторско-технологической документации (РКТД) занимает две трети времени исполнения заказа на турбины. В результате полный цикл на заводе может достигать 24 мес., а рынок допускает максимум 12 мес.;

- проектная мощность завода по выпуску продукции составляет 2000 МВт/год паровых турбин, а пока завод поставляет примерно 350 МВт/год;

- одним из главных ограничителей является то, что конструкторы и технологи не могут выпускать более четырех комплектов конструкторско-технологической документации в год;

- по мнению экспертов, следует действовать прежде всего в направлении реформы инжиниринга: реализовать проектное управление, внедрить современные системы автоматизированного проектирования (САПР) для конструкторской и технологической подготовки производства, применить мотивационную модель "за результат".

Рост производительности труда в инжиниринге увеличит коммерческий потенциал завода, позволит полнее использовать его производственные мощности, позволит в разы повысить объемы производства и прибыль.

Анализ комплекта документации на Т-110/120 по

форматам листов и уровню заимствования деталей

и узлов (сверху) и по форматам листов и группам сложности

деталей и узлов (снизу)

Большее число заказов даст возможность увеличить число смен работы до трех и даже перейти на четырехсменный бригадный график (без выходных в три смены). Соответственно с ростом объемов производства будет пропорционально падать доля накладных расходов в себестоимости продукции. Сегодня она высока и это уменьшает нашу конкурентоспособность. Благодаря росту сменности сокращается цикл выпуска продукции и растет оборачиваемость оборотных фондов. Экономия от снижения доли накладных расходов и роста оборачиваемости позволит увеличить среднюю заработную плату производственному персоналу, а также организовать подготовку кадров по дефицитным специальностям непосредственно на заводе.

Группа РЕНОВА инвестирует в реформу инжиниринга 2 млн. долл. В январе этого года мы приступили к реализации данного проекта и планируем, что к концу 2007-го производительность специального конструкторского бюро турбостроения (СКБт) вырастет вдвое, а к концу 2008-го - вчетверо. Пока все идет по плану. В 2008 г. предполагается получить 6-8 заказов, в 2009-м - 9-12 заказов, в 2010-м - 12-18 заказов, а в 2011-м -16-24 заказа.

При подготовке ТЭО проекта "САПР" была создана математическая модель экономической деятельности нашего завода, которая показала, что инвестиции в проект "САПР" окупятся даже при самом пессимистическом сценарии. ТЭО проекта "САПР" прошло две защиты на совете директоров, и в результате было принято решение о подготовке тендера по выбору поставщика решения.

Приготовление к тендеру

В процессе подготовки к такому важному и неоднозначному мероприятию мы постарались свести к минимуму количество потенциальных проблем как технического характера (определение требований к САПР), так и связанных с человеческим фактором (оценка результатов).

Поэтому для начала проанализировали состав изделий и работ, выполняемых конструкторскими подразделениями. В качестве базовых продуктов были выбраны паровые турбоустановки (это - основной вид нашей продукции). Разбив их на семейства и сравнив с точки зрения назначения, доли в совокупном объеме продаж и позиции на рынке энергетического машиностроения, мы выделили самую ходовую модель турбины - Т-110/120, а затем проанализировали ее по форматам, т. е. размеру листа конструкторской документации (А1, А2, А3, А4), степени новизны и сложности. В результате удалось получить интересные данные (см. рис.).

В составе изделия много простых деталей, не требующих сложного конструирования. Кроме того, требуется выполнять немало важных работ по созданию сборочных единиц. Анализ работы СКБт (КБ, проектирующего паровые турбоустановки) показал, что организация взаимодействия между подразделениями СКБт - одна из главнейших задач, так как разные элементы конструкции турбоустановок выполняются в разных отделах. Все требования к САПР мы собрали вместе, снабдив их весами в общей оценке (см. табл. 1).

Таблица 1. Таблица требований к САПР и их вес в общей оценке САПР

Заметим, что число параметров для оценки системы САПР должно быть не более 10, иначе, по нашему опыту, будет сложно их оценивать. Каждый из факторов должен иметь свой вес и критерии оценки. Параметры, которые мы не включили в первую десятку, оказывают минимальное влияние на выбор САПР. Рассмотрим каждый параметр отдельно.

Масштабируемость решений подразумевает модульность САПР. Благодаря этому с помощью одного программного продукта можно формировать специализированные рабочие места разного назначения (для компоновщика турбоустановки, проектировщика проточной части, электрика, расчетчика и т. п.). Такой подход позволяет напрямую (без конвертации) выполнять передачу данных в обе стороны между модулями САПР, а значит, дает возможность избежать ошибок при обмене информацией между рабочими местами. К тому же это гарантирует однородность данных и их сквозную параметризацию, что нельзя обеспечить при использовании разного ПО.

Работа с большими сборками. Для эффективной работы с такими конструкциями система должна обладать следующим минимальным функционалом:

- упрощение сборок путем штатного, т. е. предусмотренного функционалом системы временного исключения "ненужных" элементов из загрузки (например, крепежа, лестниц и площадок, покупного оборудования);

- создание рабочих зон и их поддержка, т. е. выделение областей большой сборки для работы. Элементы, не попавшие в такую область, упрощаются или не отображаются;

- штатная замена узлов на более простые, описывающие замененную конструкцию. Например, замена большой сборки в составе турбины на упрощенный элемент, описывающий только внешнюю геометрию этого узла, избавляет от необходимости загружать детали, входящие в этот узел, и существенно ускоряет работу компьютера;

- проектирование "сверху вниз", при котором вначале создается концепция конечного изделия, после чего происходит детализация его составных элементов;

- параллельное проектирование. Передача и использование в процессе построения узла внешней опорной геометрии (поверхности, точки оси, плоскости и т. п.) без загрузки самой модели опорного элемента (узла, детали). Например, при проектировании клапана можно использовать внешнюю "ссылочную" поверхность его установки на ответном узле без загрузки последнего;

- параллельная работа конструкторов и технологов с большими сборками.

Полное автоматизированное соблюдение стандартов ЕСКД. Необходимость оформления конструкторской документации в соответствии с Единой системой конструкторской документации (ЕСКД) и наличие стандарта предприятия (СТП) заставило нас предъявить соответствующие требования к САПР. Этот фактор важен, но не является главным, поскольку в большинстве случаев можно откорректировать СТП в соответствии с особенностями системы.

 Построение сложных поверхностных переходов. При проектировании турбин, как паровых, так и газовых, мы должны разрабатывать расчетные элементы, в частности лопатки и проточные части, которые обладают криволинейной поверхностной геометрией. Поэтому САПР должна обладать средствами построения и анализа подобных конструкций.

Поддержка смежных систем автоматизированной подготовки производства (CAM) и инженерного анализа (CAE). В процессе разработки нам приходится выполнять много расчетов методами конечных элементов (прочностных, тепловых, газодинамических, гидравлических и т. д.). Для этого нужно, чтобы в САПР были либо встроенные CAE-приложения, либо имелись средства для взаимодействия с "дружественными" CAE-системами.

Для эффективной технологической подготовки производства и создания корректных управляющих программ для современных станков с ЧПУ необходима прямая (без конвертации данных) двусторонняя передача данных из конструкторской системы (CAD) в CAM.

Таким образом, если данные условия будут выполнены, мы получим единую систему, способную автоматизировать разработку моделей, выпуск чертежей, оценку прочностных и других характеристик, подготовку управляющих программ для станков с ЧПУ.

Открытый API-интерфейс. Как известно, современная система автоматизированного проектирования не является коробочным решением. Поэтому для ее эффективного применения в конструкторско-технологических разработках неизбежна "заточка" САПР под конкретные нужды того или иного структурного подразделения. Для такой настройки необходим открытый API-интерфейс. Использование подобных возможностей позволяет повысить эффективность труда, особенно на рутинных операциях.

Наличие технической поддержки в регионе. Немаловажный фактор на начальном этапе внедрения - это своевременная помощь квалифицированных специалистов. Поэтому желательно, чтобы помощники находились в том же регионе, что и само предприятие.

На пунктах "Количество рабочих лицензий в СНГ" и "Количество рабочих лицензий в отрасли во всем мире" особого внимания заострять не будем, так как они не требуют пояснений.

Получив итоговые баллы для каждого из факторов и посчитав долю (вклад фактора) в системе оценки САПР, анализируем ситуацию. Рассматривая полученные результаты, можно сделать однозначные выводы о приоритетах при выборе системы автоматизированного проектирования для предприятия.

Однако для оценки функционала САПР недостаточно этих данных, поэтому на следующем этапе необходимо рассмотреть каждый сегмент отдельно и выработать критерии оценки с баллами, пропорциональными его весу. В результате этой работы мы должны получить совокупность критериев и внести их в оценочный лист, который будет использоваться каждым членом тендерного комитета при рассмотрении каждой САПР во время тендера. Если система обладает той или иной возможностью, то ставится соответствующий балл, если нет - нуль.

Тендер

Проведя подготовительную работу, мы перешли к первому этапу тендера, на котором рассматривались ценовые предложения. К участию были приглашены компании SolidWorks (с одноименной САПР), "Топ Системы" (T-Flex), UGS (Unigraphics NX), PTC (Pro/Engineer) и IBM/Dassault (CATIA). Всем участникам были отправлены приглашения к участию в тендере с просьбой подготовить коммерческое предложение на поставку программного обеспечения CAD/CAM/ CAE и PDM. В приглашении было указано количество рабочих мест и необходимый функционал.

После получения коммерческих предложений мы обезличили цифры и разослали их поставщикам. Таких итераций было три. В результате мы сумели снизить цены в несколько раз относительно начальных предложений.

На второй этап тендера были приглашены компании, прошедшие первый тур: SolidWorks, UGS, PTC и IBM. Компанию "Топ Системы" мы из тендера исключили, так как фирма SolidWorks, поставляющая САПР с функционалом, сопоставимым с имеющимся в системе T-Flex, сделала в два раза более выгодное предложение.

Приглашение на второй этап содержало в себе список вопросов, на которые нужно было ответить в ходе презентации ПО, и регламент тестирования продуктов.

Одновременно с презентациями проходило тестирование участвующих в тендере САПР на следующих задачах:

1. Создание трехмерной параметрической модели изделия "Коробка сопловая" в соответствии с чертежом.

2. Анализ внутренних криволинейных поверхностей и внесение изменений в конструкцию (если анализ покажет такую необходимость).

3. Конечно-элементный прочностной анализ модели при работе под давлением (исходные данные для расчета предоставляются отдельно).

4. Конечно-элементный анализ поля напряжений в пусковом режиме (исходные данные для расчета предоставляются отдельно).

5. Создание моделей отливки и оснастки, ассоциативных с моделью изделия "Коробка сопловая".

6. Подготовка чертежа изделия "Коробка сопловая", ассоциированного с моделью, в максимальном соответствии с ЕСКД и СТП.

7. Внесение изменений в модель (диаметр патрубка O/180>O/170>O/180) и демонстрация соответствующих изменений в чертеже.

8. Сохранение чертежа в файл test#.PDF средствами САПР (# - порядковый номер участника).

Полнота и качество выполнения тестового задания оценивались конструкторской комиссией, в которую вошли главный конструктор СКБт, заместитель главного конструктора СКБт по ИТ, начальник бюро компьютерного проектирования отдела теплообменного оборудования, начальник бюро компьютерного проектирования отдела паровых турбин и инженер-конструктор первой категории.

В состав тендерной комиссии входили главный конструктор СКБт, главный конструктор СКБт, заместитель генерального директора по технической политике, менеджер проекта "РЕНОВА-Проект", заместитель генерального директора "Уральского турбинного завода" по финансам и экономике, директор по ИТ, начальник отдела САПР и заместитель генерального директора по реформе инжиниринга.

Итог работы представлен в табл. 2. В жесткой напряженной борьбе победила компания PTC c продуктами Pro/Engineer и Windсhill, а фирма SolidWorks, к нашему сожалению, отказалась от участия в очной части тендера в день его проведения.

Таблица 2. Результаты тендера

Предложенный нами подход позволил включить в принятие решения большое количество специалистов-практиков, отойти от предвзятых оценок, и в результате провести по-настоящему честный и независимый тендер.

  С руководителями и специалистами ЗАО "Уральский турбинный завод", с авторами методики организации тендера, можно связаться по адресу: http://www.utz.ru/ viceceo@utz.ru.