Computer-aided production engineeringComputer-aided production engineering (CAPE) ist ein relativ neuer und bedeutender Zweig der Technik. Die globale Produktion hat das Umfeld verändert, in dem Waren hergestellt werden. Inzwischen wird durch die rasante Entwicklung der Elektronik- und Kommunikationstechnologien Design und Fertigung benötigt, um mitzuhalten. BeschreibungCAPE wird als eine neue Art von Computer-Aided-Engineering-Umgebung, die die Produktivität der Fertigungs- bzw. Wirtschaftsingenieure verbessern soll, angesehen. Diese Umgebung würde von den Ingenieuren eingesetzt werden, um zukünftige Fertigungssysteme und -subsysteme zu konzipieren und umzusetzen. Derzeit wird an dem National Institute of Standards and Technology (NIST) an CAPE-Systemen gearbeitet. Das NIST-Projekt hat die Förderung der Entwicklung von Softwareumgebungen und -Werkzeugen für die Entwicklung und Konstruktion von Fertigungssystemen zum Ziel.[1] CAPE und die Zukunft der FertigungDie Zukunft der Fertigung wird durch die Effizienz, mit der sie neue Technologien integrieren kann, bestimmt werden. Der aktuelle Prozess der Entwicklung von Fertigungssystemen ist oft ad hoc und mit nur in begrenztem Umfang genutzten computergestützten Werkzeugen. Angesichts der Kosten und Ressourcen bei Bau und Betrieb von Produktionsanlagen muss der Entwicklungsprozess effizienter gestaltet werden. Neue Berechnungssoftware für die Entwicklung von Fertigungssystemen könnten dazu beitragen, dieses Ziel zu erreichen. Warum ist CAPE wichtig? In gleicher Weise, in der Produktdesigner CAD-Systeme brauchen, benötigen Fertigungs- und Wirtschaftsingenieure anspruchsvolle Berechnungsfunktionen, um komplexe Probleme zu lösen und die riesigen mit der Konstruktion eines Fertigungssystems verbundenen Daten zu verwalten. Zur Lösung dieser komplexen Probleme und zur Verwaltung von Designdaten müssen computergestützte Werkzeuge in wissenschaftlichen und Engineering-Methoden auf das Problem der Konzeption und Umsetzung von Fertigungssystemen angewendet werden. Ingenieure müssen die gesamte Fabrik als ein System, dessen Wechselwirkungen und seine Umgebung berücksichtigen. Komponenten eines Fabriksystems sind:
CAPE muss nicht nur den ursprünglichen Entwurf und die Konstruktion der Fabrik betreffen, sondern auch Verbesserungen im Laufe der Zeit. CAPE sollte Standard-Engineering-Methoden und Problemlösungstechniken unterstützen, einfache Tätigkeiten automatisieren und Referenzdaten bieten, um die Entscheidungsfindung zu unterstützen. Die Umgebung sollte dabei helfen, dass Ingenieure bei ihrer Arbeit noch produktiver und effektiver sind. CAPE würde auf PCs oder Engineering-Arbeitsplätzen, die mit entsprechenden Peripheriegeräten konfiguriert wurden, umgesetzt werden. Engineering-Tool-Entwickler werden folgende Funktionen und Daten, die von verschiedenen Disziplinen verwendet werden, integrieren müssen:
Viele Methoden, Formeln und Daten, die diesen technischen Bereichen zugeordnet sind, existieren derzeit nur in Ingenieurhandbüchern. Obwohl einige computergestützte Werkzeuge zur Verfügung stehen, sind sie oft sehr spezialisiert, schwer zu benutzen und teilen Informationen nicht oder arbeiten nicht zusammen. Ingenieursoftware verschiedener Hersteller müssen durch eine offene Systemarchitektur und Schnittstellenstandards kompatibel gemacht werden.[1] Wie CAPE aussehen wirdCAPE wird auf Computersystemen basieren, die eine Reihe von integrierten Design- und Engineering-Werkzeugen bieten. Diese Softwarewerkzeuge werden von Fertigungsingenieuren einer Firma verwendet werden, um Produktionssysteme kontinuierlich zu verbessern. Sie werden weiterhin Informationen über Fertigungsressourcen verwalten, Produktionskapazitäten verbessern und neue Anlagen und Systeme entwickeln. Ingenieure, die an verschiedenen Arbeitsplätzen arbeiten, werden Informationen über eine gemeinsame Datenbank nutzen. Mit CAPE wird ein Team von Ingenieuren detaillierte Pläne und Arbeitsmodelle für eine ganze Fabrik innerhalb von Tagen vorbereiten können. Alternative Lösungen für Produktionsprobleme könnten schnell entwickelt und ausgewertet werden. Dies wäre eine erhebliche Verbesserung gegenüber bisherigen manuellen Methoden, die Wochen oder Monate intensiver Aktivität erfordern können. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine Reihe neuer Engineering-Werkzeuge benötigt. Beispiele für Funktionen, die unterstützt werden sollten, beinhalten:
Die Werkzeuge zur Umsetzung dieser Funktionen müssen hoch automatisiert und integriert sein und müssen einen schnellen Zugang zu einer breiten Palette an Daten ermöglichen. Diese Daten müssen in einem Format, das durch die Engineering-Werkzeuge zugänglich und nutzbar ist, gepflegt werden. Einige Beispiele für die Informationen, die in diesen elektronischen Bibliotheken enthalten sein können, umfassen:
Diese Online-Bibliotheken würden Ingenieuren erlauben, schnell auf der Arbeit anderer basierende Lösungen zu entwickeln. Ein weiterer kritischer Aspekt dieser Engineering-Umgebung ist die Erschwinglichkeit, die am besten durch die Gestaltung einer Umgebung erreicht werden kann, die aus kostengünstigen, serienmäßig produzierten kommerziellen Produkten, anstatt aus Spezial-Computerhardware und -Software, aufgebaut ist. Die Basis-Engineering-Umgebung muss bezahlbar sein. Aus Kosten- und technischen Gründen muss sie so entworfen werden, dass sie in der Lage ist, inkrementelle Upgrades durchzuführen. Inkremental-Upgrades würden Unternehmen erlauben, Funktionen hinzuzufügen, die sie benötigen. Kommerzielle Software-Produkte müssen einfach zu installieren und sich in andere bereits im Einsatz befindliche Software integrieren lassen. Diese Funktionalitäten existieren bereits in begrenztem Umfang in kommerzieller Universal-Software, z. B. Textverarbeitung, Datenbanken und Tabellenkalkulationen.[1] Technische BedenkenViele technische Fragen müssen bei der Gestaltung und Entwicklung von neuen Werkzeugen für CAPE berücksichtigt werden. Diese Themen umfassen:
Es gibt drei wichtige Elemente, die angesprochen werden: die Schaffung eines gemeinsamen Fertigungssystems-Informationsmodells mit Hilfe eines Engineering-Lebenszyklus-Ansatzes und die Entwicklung eines Software-Tool-Integrations-Frameworks. Die Auflösung dieser Elemente wird dazu beitragen, dass unabhängig entwickelte Systeme in der Lage sein werden, zusammenzuarbeiten. Das gemeinsame Informationsmodell sollte
identifizieren. In den letzten Jahren wurden viele Anstrengungen unternommen, um Informationsmodelle für unterschiedliche Aspekte der Herstellung zu entwickeln, aber kein bekanntes bestehendes Modell erfüllt die Bedürfnisse einer CAPE-Umgebung. Daher wird ein Lebenszyklus-Ansatz benötigt, um die verschiedenen Prozesse, die ein CAPE Umfeld unterstützen muss, zu erkennen und alle Phasen eines Fertigungssystems oder die Existenz eines Teilsystems zu definieren. Einige der wichtigsten Phasen, die in einem System-Lebenszyklus-Ansatz enthalten sein können, sind Anforderungen an Identifikation, System-Design-Spezifikationen, Lieferantenauswahl, Systementwicklung und -upgrades, Installation, Prüfung und Schulung und Benchmarking der Produktion. Management-, Koordinations- und Verwaltungsfunktionen müssen in jeder Phase des Lebenszyklus durchgeführt werden. Phasen können im Laufe der Zeit wiederholt werden, wie auch ein System ausgebaut oder neu entwickelt werden kann, um wechselnden Anforderungen oder integrieren neue Technologien gerecht zu werden. Ein Softwarewerkzeug-Integrationsrahmen sollte festlegen, wie die Werkzeuge unabhängig gestaltet und entwickelt werden. Der Rahmen würde festlegen, wie CAPE-Instrumente mit gemeinsamen Diensten umgehen, miteinander interagieren und Problemlösungsaktivitäten koordinieren. Obwohl sich einige bestehende Software-Produkte und -Standards mit gemeinsamen Diensten beschäftigen, bleibt das Problem der Werkzeuginteraktion weitgehend ungelöst. Das Problem der Werkzeuginteraktion ist nicht auf das Gebiet der Computer-Aided-Manufacturing-Engineering-Systeme beschränkt – es ist in der Softwareindustrie allgegenwärtig.[1] CAPEs aktueller StatusEine erste CAPE-Umgebung wurde von COTS-Softwarepakte (von engl. commercial off-the-shelf) etabliert. Diese neue Umgebung wird verwendet, um
Mehrere technische Demonstrationen mit COTS-Tools sind in der Entwicklung. Diese Demonstrationen werden entwickelt, um die verschiedenen Arten von Funktionen, die in der Entwicklung eines Fertigungssystems durchgeführt werden müssen, zu illustrieren. Funktionen, die durch die aktuelle COTS-Umgebung unterstützt werden, sind: Systemspezifikation/Diagrammerstellung, Ablaufdiagrammerstellung, Computersimulation, CAD von Produkten, Anlagenplanung, Materialflussanalyse, ergonomische Arbeitsplatzgestaltung, mathematische Modellierung, statistische Analysen, Austaktung, Simulation von Fertigungsprozessen, Investment-Analyse, Projektmanagement, wissensbasierte Systementwicklung, Tabellenkalkulationen, Vorbereitung von Dokumenten, die Entwicklung von Benutzeroberflächen, Dokumentenillustration, Formen und Datenbank-Management.[1] Literatur
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