Разработка модели информационной системы расчета стоимости раскроя листового материала

На сегодняшний день для успешной работы любого предприятия необходимо использование автоматизированных систем управления (АСУ). Именно автоматизация производственного процесса позволяет увеличить объемы производства, снизить затраты, соответственно увеличить прибыль.

В данном курсовом проекте описывается проектирование модели информационной системы расчета стоимости раскроя листового материала на предприятии ООО «НПК «Изуран».

ООО «НПК «Изуран» специализируется на услугах раскроя и гибки листовых материалов. В работе предприятия наиболее трудоемкими являются процессы связанные с обработкой информации — сбор, оформление, расчет, хранение, вывод. Ускорить эти процессы и облегчить труд персонала фирмы позволяет АСУ. Также АСУ обеспечивает оперативный обмен информацией как внутри предприятия, так и при работе с клиентами.

Целью проекта является разработка модели информационной системы расчета стоимости раскроя листового материала. Для достижения поставленной цели выделены следующие задачи:

ѕ Анализ информационных потоков предприятия.

ѕ Анализ существующей системы на предприятии, описание функциональной модели деятельности «как есть», анализ недостатков.

ѕ Исследование предложений по усовершенствованию существующей системы, разработка модели деятельности желаемой системы «как должно быть».

ѕ Разработка инфологической модели системы.

ѕ Разработка технического задания на информационную систему предприятия.

Разрабатываемая информационная система позволит:

ѕ Автоматизировать процесс регистрации и обработки входящих заказов.

ѕ Выполнять точный расчет стоимости заказов.

ѕ Отслеживать статус заказа.

ѕ Формировать документацию для заказчиков и производственных подразделений.

ѕ Формировать отчеты за выбранный период.

Для выполнения курсового проекта предполагается использовать следующие стандарты:

ѕ IDEF0 — для моделирования бизнес процессов [1−3].

ѕ ГОСТ 19.201−78 «Техническое задание. Требования к содержанию и оформлению».

ѕ ГОСТ 34.602₈₉ «Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы».

1. Общая характеристика объекта автоматизации

Начиная с 2004 года основным направлением деятельности ООО «НПК «Изуран» является — металлообработка на заказ: лазерная, гидроабразивная, плазменная резка листового металла и других материалов, а так же их гибка.

На сегодняшний день ООО «НПК «Изуран» является крупным подрядчиком выполнения услуг по металлообработке. В нашем портфеле более 100 заказчиков, из них, по сути, основные крупные машиностроительные комплексы Урала и Прикамья, строительно-монтажные предприятия, предприятия по выпуску нестандартного оборудования, производители электрощитового оборудования для энергетического и нефтегазового комплекса. Также к нам обращаются за выполнением работ из малого и среднего бизнеса. Все наши партнеры плодотворно сотрудничают с нами.

1.1 Лазерная резка металла

Наиболее современным и динамично развивающимся методом металлообработки является лазерная резка металла.

Станочный парк нашего предприятия включает две лазерных установки:

ѕ Установка лазерной резки Mazak HG 510 с ЧПУ мощностью 4 кВт, что позволяет производить раскрой углеродистой стали толщиной до 20 мм, а нержавеющего металлопроката до 12 мм, алюминий — до 4 мм. Рабочее поле координатного стола этого станка позволяет работать с листами размером 1,5×3 метра, это позволяет наиболее оптимально использовать металлопрокат. Точность повторения деталей +/- 0,05 мм.

ѕ Оптико-волоконный станок производства NUKON NF 2060 (Турция) с рабочим полем (2×6м). Такие размеры стола позволяют вырезать длинномерные детали (заготовки) для крупных металлоконструкций и агрегатов.

Вопреки распространенному мнению, лазер не режет металл. В процессе резки металла лазером луч только лишь предельно разогревает металл в точке площадью меньше полмиллиметра, откуда перегретый металл выдувается струей вспомогательного газа, находящегося под высоким давлением. Пусть цена на лазерную резку выше, чем на плазменную, но для получения высокоточных срезов, резка металла лазером предпочтительней и выгоднее.

Нашими специалистами реализовано получение минимальной ширины реза металла за счет выбора оптимальных параметров фокусирующей системы станка, оптимальной скорости резки и давления газов в резаке.

Именно поэтому лазерная резка — это высокоточная, быстрая и экономически выгодная технология, позволяющая получать детали, не требующие дальнейшей механической обработки.

1.2 Плазменная резка

Плазменной резкой (плазменно-дуговая резка или резка металла плазмой) называется вид обработки металла, при котором в качестве режущего инструмента используется дуга плазмы. Плазма представляет собой разогретый электрической дугой до высочайшей температуры воздух в ионизированном состоянии.

За счет плазменно-дугового воздействия потоком ионов (резка металла плазмой) металл очень быстро растворяется, что позволяет и осуществлять резку с высокой скоростью, а также резать различные металлические сплавы (с содержанием никеля, хрома и др.) с толщиной листа до 50 мм.

ООО «НПК «ИЗУРАН» обладает новейшим специализированным оборудованием для резки металла — плазменно-дуговая установка Ermaksan 400А (Турция). Этот агрегат способен выполнять работы серийного и массового объема производства.

Преимущества плазменной резки металла:

ѕ Широкий спектр металлов — сталь низкоуглеродистая, чугун, сталь инструментальная, сталь легированная, тугоплавкие сплавы — до 50 мм.

ѕ Большая скорость резки малых и средних толщин металла.

ѕ Возможна сложная фигурная вырезка.

ѕ Высокая чистота и качество поверхности реза.

ѕ Безопасность процесса.

ѕ Рабочее поле станка: 2000×6000 мм.

ѕ Невысокая цена.

1.3 Гидроабразивная резка материалов

Гидроабразивная резка металла является, самым универсальным способом резки, позволяющим производить обработку большинства современных материалов.

ООО «НПК «ИЗУРАН» зарекомендовала себя на рынке как ведущее предприятие, предоставляющее данный вид обработки.

Технология гидроабразивной резки основана на принципе эрозионного (истирающего) воздействия абразива и водяной струи на материал. Вода, нагнетаемая насосом до сверхвысокого давления порядка 1000−6000 атмосфер, проходя со скоростью 900−1200 м/c через сложную систему каналов, перемешивается с абразивом и затем выбрасывается через тонкую фокусирующую трубку (сопло). Высокоскоростные твердофазные частицы выступают в качестве переносчиков энергии и, ударяясь о частицы изделия, отрывают и удаляют последние из полости реза.

Технология гидроабразивной резки позволяет производить обработку большинства современных материалов: металлов, пластика, стекла, керамики, резины, композитных материалов и многих других. При этом не возникают механические деформации заготовки (так как сила воздействия струи составляет лишь 1−100 Н), а также отсутствуют термические деформации, поскольку температура в зоне реза составляет всего 60−90°С. Таким образом, по сравнению с другими технологиями термической обработки (кислородной, плазменной, лазерной и др.) гидроабразивная резка металлов и материалов обладает следующими отличительными преимуществами:

ѕ Более высокое качество реза из-за минимального термического воздействия на заготовку (без плавления, оплавления или пригорания кромок).

ѕ Возможность резки термочувствительных материалов (ряда пожарои взрывоопасных, ламинированных, композитных и др.).

ѕ Экологическая чистота процесса, полное отсутствие вредных газовых выделений.

ѕ Взрывои пожаробезопасность процесса.

1.4 Высокоточная гибка

Уже более пяти лет на предприятии находится в эксплуатации высокоточный станок ERMAK CNC HAP 3100−200 с рабочим полем 3100 мм, более двух лет — ERMAK CNC HAP 6100−400 с рабочим полем 6100 мм.

Процесс подготовки производства (расчет развертки) компьютеризирован и идет автоматически. Необходимые данные, размеры детали и параметры высокоточной гибки, загружает оператор, моделируя на мониторе компьютера процесс воздействия инструмента на деталь.

Используя такое оборудование, мы воспроизводим точные параметры высокоточной гибки детали, соблюдая все требуемые размеры. Нередко происходит согласование размеров детали с представителями заказчика, поскольку многие из них не представляют какие изменения влечет за собой высокоточная гибка металла.

1.5 Структура предприятия

На предприятии существуют следующие подразделения:

ѕ Коммерческая служба.

ѕ Бухгалтерия.

ѕ Расчетный отдел.

ѕ Участок гидроабразивной резки.

ѕ Участок лазерной резки.

ѕ Участок плазменной резки.

ѕ Участок гибки.

ѕ Механосборочный участок.

ѕ Отдел снабжения.

ѕ Отдел технического контроля.

ѕ Склад готовой продукции.

Разрабатываемая информационная система будет применяться в расчетном отделе. Структура представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Структура расчетного отдела

1.6 Технологии резки

Выделяют следующие технологии резки, направленные на снижение стоимости раскроя материала:

ѕ Совместный рез нескольких деталей.

ѕ Резка нескольких заготовок без выключения инструмента (цепная резка).

ѕ Одновременная резка сразу несколькими резаками (возможна только на плазме).

ѕ Резка под различным углом к листу для получения фасок под сварку (исключает дополнительную механическую обработку).

ѕ Объединение точек входа нескольких контуров в одну.

ѕ Резка с перемычками (предотвращает падение и переворачивание деталей).

ѕ Тепловой контроль.

1.7 Особенности расчета резки материала для технологического оборудования

Для расчета стоимости резки существует два основных подхода:

ѕ Расчет стоимости по периметру и габаритам детали.

ѕ Расчет стоимости по времени резки и фактическому расходу материалов.

Расчет стоимости по периметру и габаритам деталей

При расчете по периметру в стоимость детали входит длина всех контуров, количество врезок. Норма расхода определяется по габаритам детали. Данный подход не всегда выдает адекватную цену, так как этот метод не учитывает неделовой остаток от листа, длину холостых перемещений. На практике данный метод расчета, при значительной стоимости заказа, обязательно должен быть проверен с помощью карт раскроя.

Расчет стоимости по времени резки и фактическому расходу материала

Расчет по времени резки включает в себя все этапы выполнения раскроя листа — от загрузки листа до выгрузки. Стоимость готового изделия рассчитывается исходя из следующих данных:

ѕ Время для начальных настроек (выбор и регулировка режущего инструмента, загрузка листа в станок).

ѕ Время всех пробоев (врезок).

ѕ Время резки.

ѕ Время холостых перемещений.

ѕ Разгрузка листа.

Получение этих данных возможно только после полной обработки заказа.

Также для изготовления деталей из стеклотекстолита (слоистый материал) методом гидроабразивной резки необходимо предварительно выполнить сверление в местах входа, во избежание расслоения материала. Для этого желательно изготовить шаблон, что так же приводит к затратам. Раскрой не металлов требует применение подложки, предотвращающей деформацию детали отраженной струей воды.

2. Анализ известных подходов к решению проблемы

На данный момент на предприятии используется программный комплекс «Изуран 2», который позволяет вводить информацию о заказе, делать его расчет, а также отслеживать состояние этого заказа. Не смотря на все его достоинства, «Изуран 2» выполняет только примерный расчет заказа, что часто приводит к убыткам. Для получения точного расчета приходится обращаться к помощи технологов производственных участков. Это отвлекает их от своей непосредственной работы и существенно увеличивает время расчета заказа, что приводит к потере клиентов.

Так же технологами производственных участков на предприятии используется четыре разных программных продукта, поставляемых совместно с оборудованием:

ѕ Lantek Expert cutдля станка Nukon (лазер).

ѕ Mazak Smart System — для станка Mazak (лазер).

ѕ Linatrol cut — для станка Ermaksan PL 400A (плазма).

ѕ Wrykrys — для станков PTV WJ2030B, PTV WJ20601Z-UJ (гидроабразив).

Некоторые из этих программных продуктов также позволяют рассчитывать стоимость заказов. Проанализируем их функциональные возможности.

2.1 Lantek Expert Cut

Специально разработанная CAD/CAM — система для автоматизации программирования машин для резки листового проката (кислородная, плазменная, лазерная, водно-абразивная). Технологические возможности машины отлично согласовываются с возможностями программы и потребностью клиента.

Основные функции:

? Управление производством и процессами.

? Групповая работа (возможность работать в автономном режиме и по локальной сети).

? Менеджер деталей (все детали хранятся в единой базе данных).

? Обширная библиотека параметрических деталей.

? Модуль 2D с расширенными функциями разработки и редактирования.

? Импорт/экспорт (возможность распознавания наиболее распространенных CAD форматов, таких как DXF, DWG и т. д.).

? Автоматический и ручной раскрой.

2.2 Mazak Smart System

Это CAD/CAM-система, предназначенная для создания УП для установки Mazak HG510kW. Специфический интерфейс сильно увеличивает время обучения вновь принятых технологов.

Основные функции:

? Модуль 2D с расширенными функциями разработки и редактирования.

? Импорт/экспорт (возможность распознавания наиболее распространенных CAD форматов, таких как DXF, DWG и т. д.).

? Автоматический и ручной раскрой.

2.3 Linatrol Cut

резка металл гидроабразивный

ПО Linatrol CUT — ПП имеющий самый необходимый минимум инструментов для создания УП. Используется на участке плазменной резки.

Стандартные функции:

? Модуль 2D с функциями разработки и редактирования.

? Импорт/экспорт (возможность распознавания наиболее распространенных CAD форматов, таких как DXF, DWG и т. д.).

? Автоматический и ручной раскрой.

2.4 Wrykrys

Программа WRYKRYS — мощный современный программный пакет для составления УП. Единственная на нашем предприятии имеющая постпроцессор на два станка PTV WJ2030B и PTV WJ20601Z-UJ (гидроабразив).

? Управление производством и процессами.

? Групповая работа (возможность работать в автономном режиме и по локальной сети).

? Менеджер деталей (все детали хранятся в единой базе данных).

? Обширная библиотека параметрических деталей.

? Модуль 2D с расширенными функциями разработки и редактирования.

? Импорт/экспорт (возможность распознавания наиболее распространенных CAD форматов, таких как DXF, DWG и т. д.).

? Автоматический и ручной раскрой.

? Формирование документов.

2.5 Сравнение известных подходов

Сравнение функциональных возможностей проанализированных программных продуктов приведено в таблице 1.

Таблица 1 — Сравнение функциональных возможностей программ

Исходя из анализа таблицы 1, наиболее подходящими вариантами к решению проблемы являются ПП Wrykrys и Lantek.

Эти программные продукты также позволяют рассчитывать стоимость заказов, но при этом каждая из этих программ в один момент времени может работать только на одном компьютере, следовательно, только один человек (преимущественно технолог) может пользоваться ею. Дополнительная лицензия требует значительных материальных затрат — 200 — 400 тысяч рублей за каждое дополнительное рабочее место. Нашему предприятию это не подходит.

3. Описание функциональной модели деятельности предприятия («как есть»)

Контекстная диаграмма существующей на предприятии модели представлена на рисунке 2. Диаграммы декомпозиции верхнего и второго уровня контекстной диаграммы «Работа расчетного отдела».

Рисунок 2 — Контекстная диаграмма модели «как есть»

Заказ поступает в произвольной форме от заказчика, в которой указано наименование позиций, шифры деталей, их количество и материал.

Сотрудник расчетного отдела рассматривает заявку на предмет возможности изготовления необходимых деталей к требуемой дате. Если изготовление невозможно, или предприятие не укладывается в сроки — заказчику сообщается об отказе. Если есть возможность изготовления и возможность выполнить их в срок, сотрудник расчетного отдела заносит заказ в БД: заказчик, количество позиций, наименование каждой позиции, шифр, количество, материал и толщину, выполняемые работы. Затем приступает к примерному расчету стоимости заказа на каждом из участков: расчет расхода материала, стоимости работ, а так же указания прочих расходов.

После проведения всех расчетов, сотрудник расчетного отдела согласовывает стоимость заказа с технологами производственных участков. Если они не согласны, выдается спецификация для раскладки заказа на станке. Затем технологи выдают фактические данные резки заказа — время резки и расход материала.

На основании этих данных сотрудник расчетного отдела вносит изменения в БД и выполняет уточненный расчет заказа.

После этого БД выдает документы: «спецификация» — для согласования стоимости с клиентом, «лист регистрации заказа» — для хранения заказа в архиве, «в работу» — задание для производственных участков, «бланк расчета заказа» — потребность в материале и затратах машинного времени, «сертификат качества». Заказу присваивается статус «Посчитан».

Далее цена согласовывается с заказчиком. После этого заказчик либо отказывается от заказа, либо заключается договор о выполнение работ.

Из представленной модели видно, что тратится много времени на расчет заказа и ответ заказчику. Для уточненного расчета заказа необходимо обращаться к технологам производственных участков, что существенно отвлекает их от своей непосредственной работы — создания карт раскроя уже оплаченных заказов.

Детальное описание данной диаграммы представлено в таблице 2.

Таблица 2 - Описание контекстной диаграммы верхнего уровня

4. Разработка функциональной модели «как должно быть»

Контекстная диаграмма желаемой системы представлена на рисунке 3. Диаграммы декомпозиции верхнего и второго уровня контекстной диаграммы «Работа расчетного отдела».

Рисунок 3 — Контекстная диаграмма модели «как должно быть»

Для того чтобы технологи производственных участков не отвлекались от своей непосредственной работы на консультирование сотрудников расчетного отдела и раскладку еще не согласованных заказов, необходимо разработать систему для расчета стоимости заказа. ИС РС позволит сотруднику расчетного отдела самому составить карту раскроя и по полученным данным рассчитать точную стоимость заказа, что существенно увеличит скорость расчета и ответа заказчику.

Детальное описание данной диаграммы представлено в таблице 3.

Таблица 3 - Описание контекстной диаграммы верхнего уровня

На сегодняшний день на предприятии ООО «НПК «Изуран» ведутся разработки универсального программного продукта «Izuran PRO», который будет включать в себя несколько модулей (связь программных модулей в «Izuran Pro» представлена на Рисунке 4):

ѕ Модуль расчета стоимости.

ѕ Модуль конфигуратора станков.

ѕ Модуль раскладки.

По решению главного разработчика, проектирование ведется на языке Java, используемая СУБД PostgreSQL.

Рисунок 4 — Связь программных модулей в «Izuran Pro»

5. Разработка инфологической модели системы

Инфологическая модель данных описывает факты и объекты, подлежащие регистрации в будущей базе данных. Основными компонентами такой модели являются сущности, их атрибуты и связи между ними. Как правило, физическим аналогом сущности в будущей базе данных является таблица, а физическим аналогом атрибута — поле этой таблицы.

Сущность «Листы» описывает имеющиеся листы материалов. Содержит информацию о марке, толщине, габаритах, плотности, стоимости листа, количестве, есть ли блокировка, примечание, группе материалов.

Сущность «Группы материалов» описывает принадлежность листов к конкретной группе. Например, группа нержавеющих материалов, группа черного проката и т. д. Содержит информацию о минимальной и максимальной толщине для группы, примечание, стоимость резки.

Сущность «Раскладка» описывает фактические затраты на раскрой материала. Содержит: скорость резки, время резки, время холостого хода, количество и время пробоев, расход материала, неделовая обрезь.

Сущность «Заказ» описывает конкретный заказ. Содержит список необходимых деталей, их наименования, толщину, материал, количество, выполняемые работы, прочие работы, чей будет материал, стоимость деталей.

Сущность «Стоимость детали» содержит информацию о стоимости каждой детали: код детали, стоимость резки, стоимость материала, прочие расходы, коэффициент.

Сущность «Заказы» содержит информацию обо всех заказах: номер заказа, дата его поступления, заказчик, примечание, выполняемые работы, сумма заказа, номер счета, состояние заказа, оплачено.

Сущность «Заказчики» содержит данные о заказчиках предприятия: полное наименование организации, краткое наименование, реквизиты, номер договора, контактное лицо.

Сущность «Детали» содержит список всех деталей и ссылки на их расположение в БД.

Инфологическая модель представлена в Приложении Г на рисунке Г. 1.

Физическая модель представлена в Приложении Д на рисунке Д. 1.

Заключение

Целью данного курсового проекта являлась разработка модели информационной системы расчета стоимости раскроя листового материала. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

ѕ Проанализированы информационные потоки расчетного отдела предприятия ООО «НПК «Изуран».

ѕ Проанализирована существующая система на предприятии и выделены её недостатки, разработана модель «как есть».

ѕ Исследованы предложения по усовершенствованию существующей системы, разработана модель желаемой системы «как должно быть».

ѕ Разработана модель структуры данных для разработки системы расчета стоимости раскроя (предложены инфологическая и физическая модели данных).

ѕ Разработано техническое задание на разработку информационной системы расчета стоимости раскроя предприятия ООО «НПК «Изуран».

Результатом работы является модель информационной системы расчета стоимости раскроя листового материала.

В ходе выполнения данного курсового проекта были решены все поставленные задачи.

В дальнейшем спроектированная модель будет разработана и внедрена на предприятии ООО «НПК «Изуран».

Список используемой литературы

1. Вендров А. М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем: Учебник. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Финансы и статистика, 2006. — 544 с: ил.

2. Маклаков С. В. BPwin и Erwin. CASE-средства разработки информационных систем. — М.: Диалог-МИФИ, 2000. — 256 с: ил.

3. Грекул В. И. Проектирование информационных систем. Практикум. М.: Национальный открытый университет «ИНТУИТ», 2012 — 186 с.

4. НПК Изуран: Металлообработка услуги/ Металлообработка на заказ [Электронный ресурс]. URL: http://npk-izuran.ru/. Дата обращения: 20.11.2013.