КТИ и обозначения на 3D-моделях — убийцы чертежей?

Эл Дин (Al Dean)

В настоящей статье Эл Дин рассказывает о том, как компания Siemens PLM Software (www.siemens.com/plm) расширяет границы возможностей 3D-обозначений, проставляемых на цифровых моделях изделий.

Сможет ли конструкторско­технологическая информация (КТИ) окончательно «убить» технические чертежи? Разговоры о том, что системы автоматизированного проектирования (CAD) однажды устранят потребность в чертежах, ведутся с момента их появления. Однако, как мы хорошо знаем, технический чертеж в виде средства документирования, описания и распространения важнейшей информации, необходимой для изготовления деталей и узлов, никуда не делся. За прошедшее время создаваемые в CAD­системах чертежи значительно изменились, а в последние несколько лет мы наблюдаем появление методик простановки обозначений и аннотаций на 3D­моделях. Такой подход объединяет геометрическую точность и однозначность 3D­моделей со стандартными и общепринятыми методами документирования таких сведений, как размеры, допуски и указания по ведению сборки, а также иной важной информации — и всё это в рамках трехмерной модели изделия.

Среди лидеров внедрения 3D­обозначений — Siemens PLM Software. Компания сосредоточила свои усилия на представлении конструкторско­технологической информации (Product and Manufacturing Information, PMI), и эта технология уже почти десять лет является неотъемлемой частью ядра продуктов Siemens PLM Software. Начиналось всё еще с I­deas и Unigraphics, а сегодня более новые инструменты для создания и последующего использования КТИ встроены в такие продукты, как NX, Teamcenter, Tecnomatix, и другие приложения.

Давайте посмотрим, как работает эта технология, каким образом совместно используются данные, какую ценность подобный подход представляет и для конструкторов, и для других специалистов, применяющих КТИ на всех этапах процесса автоматизированной подготовки производства и в дальнейшем. Кроме того, мы обсудим перспективы развития данного подхода.

Основы технологии КТИ

Компания Siemens дает понятию «конструкторско­технологическая информация» следующее определение: «КТИ применяется в 3D CAD­системах и/или системах поддержки совместной разработки изделий с целью передачи информации о конструкции деталей и узлов изделия на этап технологического проектирования». Небольшое уточнение: имеется в виду «передача такой информации, как геометрические размеры и допуски (ГРД), пояснения к 3D­моделям (текстовые), требования к материалу и качеству поверхностей».

Рис. 1. Вид со множеством размеров, созданный традиционными методами построения

Рис. 2. Добавление КТИ к модели той же детали позволило сделать обозначения более понятными и информативными

Для тех, кто не знаком с данной технологией (в том или ином виде представленной почти в половине существующих 3D­систем автоматизированного проектирования), отметим, что она позволяет прямо на геометрической модели проставить размеры и допуски, которые обычно размещаются на чертеже. Важно отметить, что 3D­обозначения, описанные в ряде рассматриваемых далее стандартов, не просто «прилепляются» к модели, а размещаются в структурированном виде — в значительной степени аналогично тому, как это делается на традиционном двумерном чертеже. При этом размеры и прочие обозначения связываются с видом модели, что обеспечивает ясность восприятия информации.

Рассмотрим пример детали на рис. 1 и 2. Осевую линию данного кулачка весьма непросто точно построить и описать с помощью традиционного чертежа (на рис. 1 показаны только размеры). Однако, благодаря применению КТИ, проставленной на 3D­модели (см. рис. 2), геометрия детали оказывается уже определенной и может быть использована технологом в процессе технологической подготовки производства. Важнейшая информация о допусках также добавлена к модели. Как сообщает автопроизводитель, который предоставил этот пример, использование КТИ в данном случае на 50­75% сократило затраты времени на расчет допусков.

Поставки и совместная работа

Технология КТИ постепенно распространяется на все продукты Siemens — как в плане инструментов проектирования (например, NX и Solid Edge), так и в других областях — скажем, в сфере технологической подготовки производства.

В системе NX предусмотрен полный набор средств создания, описания и редактирования КТИ. Обозначения ассоциативно связываются с гранями и другими базовыми элементами, а пользовательский интерфейс обеспечивает организацию элементов КТИ при помощи стандартного навигатора детали. В более ранних версиях NX упор делался на простановку размеров и допусков. Теперь же эта технология расширилась и охватывает все возможные виды информации. Сюда относятся и общие технические требования, и обозначение предприятия, а также свойства материала, обозначения детали, технологические указания и даже гиперссылки. Важно, что предусмотрена возможность добавления новых обозначений. Более того, имеются средства защиты информации, которые требуют от пользователя выполнения определенных условий, чтобы получить доступ к взаимодействию с КТИ.

Ни одно обсуждение вопросов КТИ не будет полным, если не упомянуть формат JT. Сначала он был собственностью разработчика, а затем стал стандартом ISO, обеспечивающим обмен не только геометрическими данными, но и КТИ.

Сейчас КТИ и JT становятся всё более тесно связанными, на них опирается стандартный способ визуализации документации как в системе Teamcenter, так и по всей цепочке продуктов. Этот способ получил распространение во многих отраслях (хотя наиболее активно его внедрение пока идет в автомобилестроении).

Использование данных на последующих этапах жизненного цикла

Потенциал использования КТИ огромен, и компания Siemens проделала большую работу в этом направлении при подготовке последних версий своих протуктов. Да, информация может быть очень быстро извлечена из 3D­модели и представлена в более традиционном виде на листах чертежей, но потенциал этой технологии гораздо шире (рис. 3). Применение КТИ предоставляет массу преимуществ технологам и производственникам.

Если говорить о механообработке на станках с ЧПУ, то наметилось движение в сторону управления генерацией траекторий инструмента на основе КТИ. 

Рис. 3. Типовые компоненты КТИ и их поддержка в NX

В текущей версии система NX CAM анализирует всю имеющуюся в файле модели КТИ и использует ее в качестве исходных данных для средств программирования поэлементной обработки. Указанные величины могут определять выбор технологических операций и соответствующего инструмента (разумеется, в соответствии с настройками системы). Есть и еще ряд преимуществ. Системы программирования поэлементной обработки традиционно отлично справляются с распознаванием изменений в конструкции, а при использовании КТИ становится возможным создание траекторий инструмента, подстраивающихся под изменения допусков, шероховатостей и т.д.

Еще одна область, в которой КТИ может сыграть важную роль, — это контроль и метрология. В версии NX 7.5 появился модуль CMM Inspection Programming для автоматизации программирования координатно­измерительных машин (КИМ). Хотя этот модуль решает общие задачи программирования КИМ, он содержит одну маленькую функцию, потенциал которой для пользователей КТИ огромен. Данная функция вызывается кнопкой Связать с КТИ (рис. 4). При этом из геометрии 3D­модели и связанной с ней КТИ извлекаются все распознанные конструктивные элементы, а также допуски и на основе полученной информации создаются операции контроля для проверки всей детали. Затем на их основе генерируется последовательность операций для рабочих органов КИМ.

Рис. 4. Функция Связать с КТИ модуля NX CMM извлекает распознанные конструктивные элементы и допуски с целью создания всех необходимых операций контроля

Заключение

В начале статьи я задал вопрос, есть ли вероятность того, что КТИ и 3D­обозначения «убьют» технические чертежи. Честно говоря, это была хитрость. Разумеется, нет! Чертеж по­прежнему останется стандартом де­факто для представления конструкторской и технологической информации и сохранится в этом качестве в обозримом будущем (а возможно, и в более отдаленном).

Однако очевидно, что технологии, подобные КТИ, обладают потенциалом, значительно превосходящим возможность просто более эффективно создавать чертежи. Благодаря тому что в 3D­модель «загружается» важнейшая технологическая информация, необходимая для изготовления детали, удается не просто повысить эффективность черчения, но и предоставить требуемые данные всем участникам последующих этапов подготовки производства (например, с помощью инструментов визуализации в среде Teamcenter).

Концепцию КТИ поддерживают и профессиональные ассоциации. ASME, ISO и JEITA уже включают приемы работы с КТИ в свои стандарты, в том числе в ISO 16792 и ASME Y14.41. Кроме того, компания Siemens PLM Software является вице­председателем в Группе технических советников (TAG) по разработке стандарта TC­1O. Хотя аналогичные инструменты в свои продукты начинают встраивать всё больше разработчиков, в настоящее время именно Siemens PLM Software является лидером как по расширению арсенала инструментов для работы с КТИ, так и в плане способов дальнейшего использования такой информации (рис. 5). 

Рис. 5. Зрелость технологии КТИ, представленной и в международных стандартах, и в продуктах компании Siemens PLM, проявляется в способах добавления такой информации к модели детали или узла. В данном примере узел шатуна содержит все виды КТИ: требования к процессу сборки, размеры деталей, допуски, выносные виды и сечения

Данная статья впервые была опубликована в журнале DEVELOP3D (www.develop3d.com) в специальном приложении, спонсируемом компанией Siemens PLM Software.

САПР и графика 1`2012