Комплексная автоматизация подготовки производства на базе СПРУТ-технологии

Александр Хараджиев

Предпосылки

Постановка задачи

Информационная модель

Sprut-Integrator — система распределенной обработки информационной модели

Предпосылки

Традиционно под комплексной автоматизацией в конструкторско-технологической подготовке производства понимается обмен данными на уровне файлов между отдельными локальными САПР различного назначения. Однако потенциал такой интеграции крайне ограничен, и все это понимают. Системы управления техническим документооборотом смогут несколько упорядочить этот процесс, но они не способны обеспечить глубокую интеграцию локальных САПР, хотя бы потому, что основываются на модели документооборота без учета специфики конкретного изделия.

На чем же должна основываться комплексная автоматизация подготовки производства? Очевидно, что структура предприятия и его информационные ресурсы очень важны. Но как же насчет самого изделия? Бытует мнение, что если технологическая система получит некоторые данные от конструкторской системы, то все остальное само получится. Однако это не так. Конструкторско-технологическая подготовка производства — это сложный процесс, автоматизация которого может основываться только на совокупности информации как о структуре служб подготовки производства, так и об изделии, в том числе о его составе, структуре и свойствах, ассоциативных связях между его составными частями, а также на данных о текущем состоянии процесса подготовки производства.

Приведенный список не содержит никаких упоминаний о геометрических моделях. На фоне всеобщего внимания именно к геометрическому моделированию это выглядит несколько вызывающе. Казалось бы, вся стратегия развития современных CAD-систем строится именно на совершенствовании средств геометрического моделирования (поверхностных, твердотельных, параметрических и т.д.). Прогресс в этой области позволяет констатировать, что задача на сегодня имеет типовое решение, возможности различных систем моделирования быстро сближаются, и таким образом достигается насыщение. Дальнейшее развитие перейдет в сферу повышения производительности, организации более совершенного интерфейса, развития узкоспециализированных функций.

С окончанием этапа бурного развития средств геометрического моделирования приходит осознание того, что даже самая совершенная параметризованная геометрическая модель не может являться «несущей конструкцией» для построения комплексных систем подготовки производства просто по причине несоответствия этой цели.

Геометрическая модель в представлении изделия для комплексной автоматизации подготовки производства является лишь одним из свойств изделия.

Таким образом, для комплексного решения задачи автоматизации необходима некоторая интегрирующая среда, управляющая процессом подготовки производства на основе:

• информации о составе и структуре изделия;
• состава исходных данных для каждого этапа подготовки производства;
• состава выходных данных для каждого этапа подготовки производства;
• текущего состояния проекта, включая информацию о выполнении этапов подготовки производства и наличии необходимых исходных данных для выполнения последующих этапов;
• привязки к информационным ресурсам предприятия;
• привязки к структуре системы подготовки производства предприятия.

Постановка задачи

На первый взгляд разработка подобной системы особой проблемы не представляет. Однако даже поверхностный анализ реального положения дел показывает, что:

• известны лишь единичные случаи успешного решения этой задачи;
• стоимость таких систем достигает астрономических значений;
• на сегодняшний день примеров универсального решения этой задачи не существует.

Очевидно, что все эти аспекты взаимосвязаны. Проблема состоит в том, что разработанная и успешно внедренная система должна быть привязана к конкретному предприятию и узкому классу изделий. Отсюда полная непригодность к тиражированию и высокая стоимость развития.

Сама формулировка проблемы подсказывает решение — необходимо вынести настройку на изделие и предприятие из системы во внешние файлы данных и разработать инструментальные средства формирования этих файлов. Однако для настройки на изделие необходимо разработать некоторый формат представления информации, способный адекватно описывать состав и свойства изделия, а так-же его взаимодействия. Назовем такой формат информационной моделью объекта проектирования.

Модель объекта не должна иметь внешних ссылок и привязок к конкретным ресурсам. Выполнение этого условия позволит обеспечить адаптивность информационной модели и ее независимость от специфики предприятия. Поэтому модель должна быть помещена в некоторую среду, способную связать модель с внешним миром.

Система комплексной автоматизации подготовки производства должна строиться на основе информационной модели объекта проектирования и протоколов привязки модели к информационным ресурсам и структуре предприятия. Поскольку с протоколами привязки все ясно, остановимся подробнее на информационной модели.

Информационная модель

Необходима некоторая методика, позволяющая адекватно формализовать состав и свойства объекта проектирования, а также взаимосвязи его составных частей.

Внутренняя организация составных частей модели ничем не отличается от организации модели изделия в целом. Таким образом, каждая составная часть также является информационной моделью, и вся модель — это дерево, узлы которого — объекты, составляющие вышестоящий объект. Дерево модели аналогично отношениям и связям составных частей изделия.

Каждый объект характеризуется некоторым набором свойств и составляющих его компонентов — вложенных объектов.

Объект инкапсулирует в себя внутренние свойства, экспортирует и импортирует свойства, связывающие его с вышестоящими и вложенными объектами. Экспортируемое объектом свойство, как правило, импортируется вышестоящим или вложенными объектами и при необходимости может, в свою очередь, экспортироваться на следующий уровень.

Такие цепочки импорта-экспорта свойств и являются связями, обеспечивающими совместимость элементов конструкции.

Что дает такая организация модели? На первый взгляд одни и те же свойства многократно дублируются в дереве объектов (каждое свойство однажды экспортируется и многократно импортируется). Однако такой механизм делает каждый объект независимым и самодостаточным. Если некоторые свойства характеризуют объект, но не определяются им (импортируемые свойства), то они являются исходными данными для определения других свойств объекта (внутренних или экспортируемых). Каждый объект связан с внешним миром (моделью) импортируемыми/экспортируемыми свойствами и только.

Самодостаточность информационной модели объекта позволяет многократно использовать однажды созданную модель некоторого узла или детали в составе любых других моделей.

Задача создания информационной модели сложного изделия разбивается на подзадачи построения моделей его составных частей. Такая декомпозиция позволяет достаточно просто решить задачу создания адекватной информационной модели изделия произвольной сложности.

При проектировании информационной модели изделия целесообразно заложить в нее избыточность — для обеспечения некоторой изменяемости количественных и качественных свойств и с тем, чтобы охватить класс подобных изделий. Инвариантность создаваемых моделей позволяет сформировать библиотеку компонентов, на базе которых можно достаточно быстро создавать новые модели изделий.

Для интеграции локальных САПР в комплексную систему автоматизации необходимо обеспечить наличие в них средств доступа к свойствам информационной модели изделия.

Например, информационная модель совмещенного штампа для холодной листовой штамповки может содержать следующие свойства и объекты:

• имя файла базы данных стандартных изделий;
• модель машины;
• номер машины;
• наименование узла;
• наименование детали;
• номер детали;
• номера штампов потока;
• наименования штампов потока;
• номера прессов (массив);
• номер штампа;
• наименование штампа;
• индекс штампа (номер штампа в потоке);
• номер технологической операции;
• материал;
• наименование отдела;
• масса заготовки;
• масса детали;
• масса штампа (сумма масс всех деталей);
• направление подачи;
• закрытая высота;
• расстояние до зеркала;
• усилие штамповки;
• чертеж операционного эскиза;
• чертеж главного вида;
• чертеж сечения;
• чертеж плана низа;
• чертеж плана верха;
• спецификация;
• контур заготовки;
• контур вырубки;
• контуры пробиваемых отверстий;
• контур формовки в плане;
• контуры сечения;
• плита верхняя (объект);
• плита нижняя (объект);
• матрица секционная (объект);
• матрицы (вставки) (объект);
• прижим (объект);
• кронштейн направляющий (объект);
• пуансон-матрица для формовки и пробивки (объект);
• пуансон-матрица для вырубки и формовки (объект);
• пуансоны стандартные (объект);
• пуансон нестандартный (объект);
• съемник (объект);
• выталкиватель (объект);
• державка пуансонов (объект);
• державка пуансона-матрицы (объект);
• траверсы (объект);
• упоры (объект);
• колонки (объект);
• втулки направляющие (объект);
• втулки соединительные (объект).

Sprut-Integrator — система распределенной обработки информационной модели

Примером реализации описанной концепции в рамках проекта СПРУТ является система Sprut-Integrator. Функциональная схема системы представлена на рис. 1.

Система СПРУТ имеет встроенный инструментарий для создания и редактирования информационных моделей — инспектор объектов (рис. 2).

Интерактивное описание информационной модели является одновременно процессом проектирования прикладной системы. При соответствующем уровне детализации модели вся последующая работа сводится к кодированию методов, для которых уже сформированы списки входных и выходных свойств. Это позволяет неограниченно распараллеливать разработку подпрограмм методов.

Реальное изделие может иметь очень сложную структуру и характеризоваться огромным количеством свойств и связей. Поэтому среда формирования модели должна гарантировать необходимое количество уровней абстракции для обеспечения «обозримости» и «прозрачности» информации об изделии.

Средой для функционирования объекта является вышестоящий объект. Объект самого верхнего уровня должен определить методы и свойства описания среды исполнения. Само дерево объектов является средством навигации по проекту и доступа к свойствам и методам — как во время проектирования прикладной системы, так и во время ее работы.

Свойство объекта имеет ряд атрибутов:

• имя свойства — идентификатор, посредством которого происходит обращение к свойству;
• назначение — строка, содержащая текстовую информацию о свойстве;
• значение свойства — текущее значение свойства. Может быть определено или изменено в среде инспектора модели или в методе, который содержит это свойство в списке выходных параметров;
• статус свойства — определяет, является ли свойство внутренним, импортируемым, экспортируемым или импортируемым и экспортируемым;
• флаг состояния — содержит информацию о том, было ли свойство определено;
• флаг интерактивного доступа — определяет статус доступности свойства во время работы прикладной системы.

Доступ к атрибутам свойств обеспечивается через инспектор объектов (рис. 3).

Методы объекта также имеют свои атрибуты (рис. 4), а именно:

• имя — идентификатор, посредством которого происходит обращение к методу;
• назначение — строка, содержащая текстовую информацию о методе;
• интерфейс — список входных и выходных свойств метода. В процессе формирования интерфейса система предлагает для формирования списка входных параметров все свойства объекта. Для формирования списка выходных параметров предлагаются только свойства, имеющие статус export и внутренние свойства объекта;
• файл подпрограммы — имя файла подпрограммы, реализации метода.

После описания атрибутов метода система может автоматически сформировать заготовку подпрограммы с описанием интерфейса.

Система СПРУТ имеет встроенную среду для разработки и отладки подпрограмм методов (рис. 5): экранный редактор, транслятор, линковщик, отладчик, встроенную контекстно-зависимую справочную систему, средства управления проектами и широкий набор вспомогательных инструментальных средств.

Администратор проектов обеспечивает запуск цикла подготовки производства нового изделия. При этом на основе одной из информационных моделей создается новый объект и регистрируется в системе. Кроме этого администратор проектов выполняет функции ведения архива готовых проектов.

Протокол прохождения проекта содержит информацию о всех задачах, которые должны выполняться в процессе подготовки производства. Если задача не является методом информационной модели, то для нее определяется список входных и выходных данных. Таким образом, система может взаимодействовать с любым программным обеспечением сторонних фирм.

Диспетчер проектов обеспечивает среду для распределенной обработки экземпляров информационных моделей в соответствии с протоколами привязки и текущим состоянием объектов.

Серверная часть диспетчера проектов имеет окна активных проектов и зарегистрированных клиентов (рис. 6). Окно активных проектов содержит информацию об открытых проектах, находящихся в процессе подготовки производства, а окно зарегистрированных клиентов — информацию о пользователях на локальных компьютерах, взаимодействующих с системой.

Клиентская часть диспетчера проектов (рис. 7) предлагает каждому пользователю список задач, предназначенных для выполнения на его локальном АРМ. При этом система автоматически анализирует все задания и предлагает для выполнения только те из них, для которых уже определен необходимый набор исходных данных. После выполнения задания диспетчер обеспечивает возврат результатов на сервер.

***

Описанная методология построения комплексных систем автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства реализована в системе СПРУТ версии 1.98 и в настоящее время используется в разработке интегрированных САПР на ряде предприятий автомобильной промышленности и сельскохозяйственного машиностроения.

«САПР и графика» 11'2000