Бунаков П. Ю.,
г. Коломна,

Стариков А. В., Харин В. Н.,
г. Воронеж

УДК 681.3:674

НОВАЯ ПАРАДИГМА ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОРПУСНОЙ МЕБЕЛИ
КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПОЗАКАЗНОГО МЕБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Обострение конкуренции на мебельном рынке выдвигает на передний план задачу повышения эффективности производства и качества выпускаемой мебели. Важная роль при этом отводится комплексной автоматизации предприятий. Одно из перспективных направлений развития этого процесса – практическая реализация положений концепции «безошибочного» проектирования и производства корпусных мебельных изделий. 

Одной из наиболее очевидных тенденций развития российского мебельного бизнеса является обострение конкурентной борьбы среди производителей мебели, хотя отечественный рынок еще далек от насыщения. Потребление мебели в России в десятки раз меньше, чем в развитых европейских странах: 12 евро на человека у нас против 258 – 260 евро в среднем по Западной Европе и 400 евро, например, в Германии [1]. Несмотря на это структура спроса российского потребителя претерпевает качественные изменения по мере удаления от распределительной, плановой экономики. Даже имея ограниченные средства на приобретение мебели, российский потребитель прежде всего обращает внимание на качество мебели и ее соответствие параметрам своего жилища. С другой стороны, анализ перспектив развития российского мебельного рынка до 2015 года показывает, что даже при инерционном развитии экономики рост денежных доходов населения потребует как минимум двукратного увеличения производства мебели [2]. Если производители мебели не смогут должным образом среагировать на современные реалии, то их место на рынке неизбежно займет импорт, хотя в последнее время отмечается рост интереса к отечественной мебели [3].

Отмеченные тенденции ставят перед мебельными предприятиями три взаимосвязанных задачи: выпуск качественной мебели, удовлетворение индивидуальных запросов потребителей и постоянное обновление номенклатуры изделий. Это, в свою очередь, вносит новую парадигму в процесс проектирования и производства: возникает и активно развивается позаказное промышленное производство мебели, которое совмещает в себе качество изделий промышленного производства и гибкость индивидуального. Ключевым фактором успешного развития этого типа производства является быстрая разработка и выпуск новых изделий, что невозможно без активного применения средств автоматизации, которые, как и само производство, должны иметь определенную специфику, отсутствующую в традиционных САПР [4].

Концепция «безошибочного» проектирования и производства корпусных мебельных изделий (БОПП) предлагает эффективный, практически реализуемый путь организации автоматизированного позаказного производства мебели на предприятии [5]. Методологически она разделяет этап жизненного цикла мебельного изделия на предприятии на два относительно обособленных, параллельно выполняемых этапа: инжиниринг (эскизное проектирование прототипа) и реинжиниринг (проектирование конкретного экземпляра изделия).

Это соответствует двум существенно различающимся по критериям исполнения этапам работы с изделием: приему заказа от потребителя и изготовлению изделия, взаимосвязь которых происходит в момент передачи заказа на производство (рис. 1).

«Безошибочность» проектирования и производства изделий закладывается на этапе инжиниринга, который реализуется квалифицированными конструкторами, дизайнерами и технологами. Математические модели, формируемые на данном этапе, характеризуются высоким уровнем абстракции, что неизбежно требует для его автоматизации перехода от геометрических моделей к объектным структурно-атрибутивным моделям  [6]. Данные модели наряду с геометрической информацией о внешнем облике изделия включают в себя информацию о его структуре, декомпозиции на уровни и их сопряжении между собой, необходимых конструкторско-технологических требованиях и ограничениях (КТТиО) применительно к рассматриваемому классу изделий. Отличительной чертой информационного массива, формируемого на этом этапе, является объектная ориентированность моделей, что предполагает включение в их состав не только наборов данных, но и формальных методов их обработки.

Рис. 1. Структура критертиев в позаказном производстве

В силу того, что процесс инжиниринга предполагает работу не с конкретным мебельным изделием, а с некоторым абстрактным классом прототипов, его автоматизация средствами существующих САПР весьма затруднительна. Следовательно, необходима разработка специализированного инструментария – подсистемы автоматизации эскизного проектирования. Предлагается реализовать данную подсистему в виде семейства автоинтерактивных таблично-графических редакторов (АТГР), моделирующих на абстрактном уровне все основные конструкторско-технологические операции проектирования мебельных изделий. Выходной информацией АТГР будет являться математическая модель прототипного изделия, содержащая всю рассмотренную выше информацию. Структура и состав подсистемы показаны на рис. 2.

Редактор форм сложных геометрических элементов предназначен для построения параметрических профилей, сложных контуров деталей и гнутых элементов мебели. В единое целое эти элементы связываются редактором блоков, который определяет логическую структуру изделия, а также добавляет в нее стандартные сборочные единицы, такие как, например, выдвижные ящики.

Важным этапом проектирования мебельных изделий является выбор крепежной и декоративной фурнитуры и установки ее на изделии. На абстрактном уровне ее решает редактор узлов сопряжения, формирующий обобщенные модели элементов сопряжения и алгоритмы их установки с учетом технологических особенностей оборудования и инструмента. Известно, что процесс проектирования является итерационным, поэтому конструктор должен иметь возможность возврата на любой из предыдущих шагов и использования ранее созданных наработок. Эти возможности реализуются редактором объектной структурно-атрибутивной модели (САМ). Редактор КТТиО работает с формализованным набором требований и ограничений, придерживаться которых обязательно или рекомендовано при проектировании мебельных изделий. Примерами их могут являться требование облицовки кромочным материалом открытых торцов щитовых элементов или рекомендация следовать определенным типоразмерам изделий.

Режим работы всех АТГР – автоинтерактивный, что предполагает не жестко структурированный диалог, а диалог, направляемый пользователем, в данном случае специалистом, выполняющим процесс проектирования. Подобный режим работы предполагает выполнение двух основных требований: работа в терминологическом пространстве конкретной предметной области и возможность визуализации текущего состояния формируемой модели в любой момент времени в виде проекций на основные координатные плоскости, в аксонометрической проекции или в виде трехмерного тела. Автоинтерактивность работы АТГР предполагает обращение к редакторам со стороны пользователя в произвольной последовательности. Для корректной обработки запросов и вызова того редактора, который необходим в данный момент времени, используется специальная управляющая программа – монитор.

Помимо АТГР в состав подсистемы входят базы данных, в которые заносятся формализованные данные о применяемых материалах и фурнитуре, КТТиО, а также о ранее разработанных прототипах.

Математическая модель прототипного мебельного изделия, формируемая совокупной работой всех АТГР, представляет собой обобщенный параметрический проект высокого уровня абстракции, синтезированный как набор обратимых отношений между его составными частями, что соответствует адаптивному подходу при программной реализации. Множество подобных моделей образует номенклатурное пространство конкретного мебельного предприятия, абстрагированное от специфики производства и функционального назначения изделий. Процесс реинжиниринга функционирует на основе указанного пространства и представляет собой получение модели конкретного экземпляра изделия, удовлетворяющего требованиям заказчика и проецированного из имеющегося множества прототипных моделей, а также всей необходимой для его производства конструкторско-технологической документации.

Физически реинжиниринг изделий выполняется на этапе приема заказов, как правило, специалистами, не обладающими достаточными познаниями в области технологии проектирования мебели. Характерной особенностью его реализации является автоматическое выполнение методов контроля «безошибочности» выполнения проектных операций, заложенных в процессе инжиниринга прототипных моделей, путем подключения соответствующих методов с заменой формальных параметров фактическими параметрами конкретного изделия. Это позволяет минимизировать количество субъективных ошибок проектирования и передавать полученную модель непосредственно в производство, минуя стадии доработок и согласований, столь характерные для индивидуального производства мебели.

С технологической точки зрения применение положений концепции БОПП структурирует производственный процесс на предприятии. Появление любого нового изделия из пункта приема заказов уже не требует нового проектирования, а априорно встраивается в один из уже существующих групповых технологических процессов. Естественным путем происходит и изменение номенклатуры выпускаемых изделий: квалифицированные специалисты предприятия просто модифицируют номенклатурное пространство.

Практическая апробация отдельных положений концепции БОПП осуществлена при разработке модуля параметрического проектирования САПР «Базис-Конструктор-Мебельщик». Его эксплуатация на ряде мебельных предприятий (ФГУП ПО «Севмаш», г. Северодвинск, ЗАО ФК «Ангстрем», г. Воронеж, Самарская мебельная компания и др.) показала высокую эффективность предлагаемого подхода. Отмечается, что время проектирования и производства изделий сокращается в 3 – 7 раз, практически исключаются субъективные ошибки проектирования, работа по прототипированию изделий проста и удобна, во многом напоминает традиционный процесс проектирования.

На основе рассматриваемого подхода созданы учебно-методические комплексы, которые используются в учебном процессе МГУЛ [7], СПбГЛТА, ВГЛТА, АГТУ [8], УГЛТУ, Костромском и Казанском государственных технологических университетах для проведения лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования на специальности 2602 «Технология деревообработки».

Литература

1. Новак Г.К. Обзор состояния рынка мебели: Доклад на конференции «Мебельное производство. Факторы успеха на рынке» // Дизайн и производство мебели. – 2004. – № 4(5). – С. 7 – 9.

2. Твилдиани Ю.К. Будущее российского мебельного рынка: Сценарии развития до 2015 года // Мебельный мир. – 2005. – № 3(13). – С. 4 – 5.

3. Горощенко Л.Г. Динамика развития российского рынка корпусной мебели // Мебельный мир. – 2005. – № 3(13). – С. 8 – 11.

4. Бунаков П.Ю., Стариков А.В., Харин В.Н. Объектно-ориентированный подход к моделированию мебельных изделий в условиях позаказного промышленного производства // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: Труды V Всероссийской научно-практической конференции. – Новокузнецк: СибГИУ, 2005. – С. 158 – 162.

5. Стариков А.В. Основные положения концепции «безошибочного» проектирования и производства сложных изделий корпусной мебели и особенности их реализации [Текст] /
А. В. Стариков, П. Ю. Бунаков, В. Н. Харин // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса: Межвуз. сб. научн. тр., Вып. 10. –  Воронеж, ВГЛТА, 2005 - в печати.

6. Бунаков П.Ю. Объектные структурно-атрибутивные модели прототипов для САПР мебельных изделий в позаказном промышленном производстве // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование. –  Т.1: Сборник трудов Первой международной научно-практической конференции «Исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности / Под ред. А.П. Кудинова, Г.Г. Матвиенко. –   СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2005 – С. 35 – 36

7. Бунаков П.Ю. и др. Автоматизированное конструирование корпусной мебели средствами системы «Базис-Конструктор-Мебельщик»: Учебное пособие к курсовому проектированию для студентов очной, заочной и дистанционной форм обучения специальности 2602 / П.Ю. Бунаков, Ю.И. Рудин; под ред. С.Н. Рыкунина. – М.: МГУЛ, 2004. – 123 с.: ил.

8. Рыбицкий П.Н, Лобанова К.А., Егорова А.Ю. Основы автоматизированного проектирования изделий из древесины: Учеб. пособие для вузов. – Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2003. – 185 с.