12 - 2006

ADEM-VX — клипер автоматизации подготовки производства

А.В.Быков, А.А.Казаков, М.И.Митрохович, К.С.Карабчеев

Клипер (от англ. clipper или голл. klipper) — быстроходное морское парусное судно, предназначенное главным образом для перевозки ценных грузов.
Большая советская энциклопедия

Отечественная интегрированная CAD/CAM/CAPP-система ADEM используется в различных отраслях промышленности. С ее помощью создаются многие товары и образцы новой техники. ADEM применяют сотни предприятий — от небольших, таких как ОАО «Звезда», выпускающее модели — копии образцов техники, до лидеров машиностроения, таких как НПО «Энергия», создающее аэрокосмические комплексы.

Одним из основных методов снижения себестоимости и повышения конкурентоспособности продукции является сокращение цикла конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП). Дефицит и рост стоимости квалифицированных кадров приводят к необходимости решать задачи минимальным числом участников. В то же время современное состояние программных и технических средств обеспечивает возможность решения на одном рабочем месте целого комплекса задач, для работы над которыми ранее требовался коллектив специалистов различного профиля.

Модель чайного клипера «Катти Сарк» (ОАО «Звезда»)

Модель чайного клипера «Катти Сарк» (ОАО «Звезда»)

Проект космического корабля «Клипер» (НПО «Энергия»)

Проект космического корабля «Клипер» (НПО «Энергия»)

Для того чтобы добиться сокращения сроков КТПП, необходимо использовать системы автоматизации, характеристики которых должны прежде всего обеспечивать исполнителям более комфортные условия реализации своей трудовой деятельности в рамках профессиональных обязанностей. Все остальные свойства САПР, в том числе такие, как обеспечение максимальной комфортности отдельных рабочих мест, вторичны и не являются определяющими.

Каковы же должны быть характеристики САПР для сокращения периода подготовки производства?

Первое, что влияет на сроки подготовки, — это линейность процесса. Если конструкторская документация после технологической проработки возвращается к конструктору для доработки и это происходит неоднократно, то мы имеем дело с петлей, причем с петлей многовитковой. Поэтому первоочередной задачей, которую должна решать САПР, является уменьшение числа или исключение циклов, связанных с уточнением исходных данных. Под исходными данными подразумевается и документация, и программы ЧПУ, и прочие объекты, составляющие модель изделия.

Второй фактор, обусловливающий увеличение сроков подготовки, — переработка данных. Требуется время на прочтение документации, причем подразумевается не просто чтение документов, но и осмысление того, что именно изложено в чертежах, схемах и пр., и перевод этой информации на другой, специализированный «язык». Особо важна эта проблема на стыке конструкторских и технологических подразделений, когда технологам-программистам приходится заново, с должной точностью провязывать конструкцию деталей, чтобы создать техпроцесс и запрограммировать станки с ЧПУ. При этом не только теряется много времени, но и выявляется большое число конструкторских ошибок, что опять же приводит к возникновению вышеупомянутых циклов. Отсюда проистекает вторая задача САПР — предоставление информации в единообразном виде, сокращающем или исключающем этапы переработки данных.

Методы решения этих двух главных задач заключаются в организации процесса проектирования на основе единой модели, то есть мастер-модели. Речь не идет о чем-то абсолютном или универсальном. В первую очередь это касается геометрической информации, которая перемещается из подразделения в подразделение, обрастая подробностями от первой «осевой линии», проведенной проектировщиком, до полного технологического процесса и комплекта УП, необходимых для изготовления детали. Именно такой подход реализован в системе ADEM.

Первичной становится математическая мастер-модель. Если она существует, то и геометрически эквивалентный ей материальный объект имеет право на существование. Иными словами, если конструктору удалось создать мастер-модель, то это означает, что он полностью решил основную задачу проектирования. В данном случае математическая модель является объектом более близким к реальности, чем чертеж, который по своей сути не исключает геометрические коллизии.

Главное, чем отличается данный геометрический объект от чертежа, — это то, что перед нами точная модель с однозначно определенной (в пространстве или на плоскости) геометрией. Здесь первична геометрия, а не ее представление системой чертежных видов и линейных и угловых размеров. Мастер-модель является универсальным объектом для любого этапа проектирования, независимо от способов и «языка» ее дальнейшей обработки. Если это так, то новый метод позволяет исключить итерационные циклы, связанные с исправлением геометрических ошибок. Более того, математическая модель исключает разночтение для всех служб, которые используют эти данные.

Упрощает ли данный подход работу конструктора? На первый взгляд, наоборот, усложняет, поскольку заставляет его заниматься точным геометрическим моделированием, которое исключает принятие волюнтаристских решений. В то же время в процессе моделирования конструкция принимает конкретные и однозначные очертания, что является несомненным плюсом в процессе творческого поиска.

Что же такое мастер-модель в организационном плане? Основным документом, который генерирует конструктор, сегодня является конструкторская документация (спецификация, чертежи и пр.), поэтому логика подсказывает следующий ответ: математическая модель — это такой же объект, как плаз, шаблон, макет или само изделие, и работа с ней требует лишь одного — обеспечения ее жизненного цикла наравне с другими объектами подготовки производства.

Подготовка мастер-модели к механообработке

Подготовка мастер-модели к механообработке

Возможно ли существование мастер-модели в среде разнородных программных продуктов? Теоретически да, если обеспечить однозначный обмен данными. Правда, это не устраняет этапа уточнения геометрических данных, поскольку после успешного импорта следует убедиться в том, насколько верна полученная геометрия.

Обладая достаточно широким набором интерфейсов обмена данными, ADEM в то же время предлагает средства, обеспечивающие автоматизированную проверку и исправление исходной геометрии. Дело в том, что чертежи могут являться исходными данными не только для технолога, но и для конструктора. Например, часто встречающаяся задача — создание модели по чертежу, где само собой напрашивается заимствование из чертежа контуров и других плоских объектов для построения объемных тел. Включение функции проверки геометрии на соответствие проставленным размерам подскажет исполнителю, насколько точно выполнены эти элементы, необходимо ли их редактировать или строить заново для создания точной модели. Полезна эта функция и для проверки собственных чертежей.

Но простого выделения проблемных мест мало, необходимо обеспечить конструктора механизмами исправления узких мест, иначе мы снова столкнемся с первой задачей САПР — уточнением исходных данных и, как следствие, продлением сроков подготовки производства. Каким образом можно ее решить? Автоматизировать этап уточнения геометрии! ADEM и тут выступает в роли помощника, располагая специализированным средством «Эвристическая параметризация». Суть его заключается в том, что выполняется автоматический анализ созданной геометрии и ее преобразование в геометрически точный чертеж с сохранением формы исходной детали. Иными словами, это механизм превращения эскиза в мастер-модель.

Итак, теоретически существование мастер-модели в среде разнородных программных продуктов возможно, но практически для обеспечения жизненного цикла такой модели необходима единая информационная среда, которая и составляет основу системы ADEM-VX. Ее главная задача состоит в обеспечении ассоциативных связей между моделью и написанными на ее основе технологическими процессами, а также управляющими программами для ЧПУ. Эти ассоциативные связи позволяют свести к минимуму время и усилия, затрачиваемые на внесение изменений в технологию, вызванных изменением модели. Других методов, позволяющих добиваться столь высокоэффективных результатов, сегодня не существует.

Есть еще один фактор, тормозящий процесс подготовки производства, — уже упоминавшееся размежевание между конструкторами и производством. Известно, что, создавая конструкцию, разработчик не может назначить некоторые параметры, опираясь только на свои знания и на применяемые методы. С его точки зрения, эти параметры могут принимать любые разумные значения, поскольку не влияют на технические характеристики изделия. Но для того, чтобы проект был завершен, их необходимо определить. Так и появляются в конструкции неоправданные и довольно сложные в плане технологии элементы, на которые производство тратит драгоценное время. Ведь конструкторское решение — закон для производства.

Исключить подобные затраты помогает либо производственный опыт, либо плотная совместная работа над проектом с технологами, либо система проверки на технологичность. Поэтому еще одно требование к современным САПР (и к ADEM в том числе) — обеспечение конструктора возможностью проведения анализа на технологичность, в результате чего он сможет принять рациональное техническое решение.

Может ли программное обеспечение сыграть роль эдакого технологического эксперта или даже наставника, благодаря которому будут приняты рациональные решения и приобретен технологический опыт? Сегодня это вполне реально. Речь идет не о программных продуктах из группы экспертных систем (это отдельная песня), а о наборе средств и методов, позволяющих принять правильное технологическое решение.

В первую очередь к таким средствам можно отнести вновь созданный в ADEM-VX механизм технологического уточнения конструкторской модели по результатам виртуальной обработки, это своего рода первый шаг — быстрая предварительная оценка на технологичность. Достаточно указать диаметр инструмента, и система автоматически модифицирует модель, добавив в нее материал, который не удастся удалить в процессе обработки. Это позволит, во-первых, уточнить массу изделия, а во-вторых, увидеть примерную форму детали после обработки.

Далее, если в САПР, которой пользуется конструктор, интегрировано программное обеспечение, применяемое программистом ЧПУ, то есть шанс воспользоваться им для анализа технологичности геометрического исполнения детали. Единственное замечание: желательно, чтобы принципы управления конструкторской и технологической частями системы были максимально приближены друг к другу.

Именно такую ситуацию мы и имеем в системе ADEM. Ее возможности позволяют создавать и использовать библиотеки технологических шаблонов обработки, основанных на типе конструктивного элемента. Созданная технологом библиотека становится доступна конструктору, и ему остается только указать геометрические элементы, которые необходимо обработать, получить УП и промоделировать ее на компьютере. Тем более что виртуальная обработка не требует расходов на заготовки, инструмент и оборудование. Да и сломать что-нибудь не страшно.

Эксплуатация технологической части CAD/CAM-системы ADEM в КБ помогает изменить отношение конструкторов к технологическим проблемам. Опыт работы с CAM-частью системы не только приводит к более технологически грамотному проектированию, но во многих случаях упрощает и ускоряет принятие конструкторских решений.

Главное преимущество системы ADEM заключается в ее интегрированной архитектуре, которая объединяет конструкторские и технологические задачи в единое целое, тем самым создавая условия для максимально быстрой подготовки КТПП. Поэтому сравнение системы ADEM с быстроходным клипером вполне уместно.

САПР и графика 12`2006