ADEM: Новая жизнь бумажных чертежей, «слепых» моделей и перфолент

Андрей Быков, Алексей Казаков, Константин Карабчеев

Одна из самых главных ценностей, которыми обладает предприятие, — база конструкторских и технологических решений. Новое изделие создается не на пустом месте. Всегда можно отметить преемственность, заимствование или, как сейчас модно говорить, наследование технических знаний и опыта.

Серьезной проблемой внедрения компьютерных технологий является различие новой и старой форм хранения знаний. Для эффективной обработки информация, содержащаяся в чертежах, должна быть представлена в электронном виде, а если точнее — в виде математической модели, с которой может работать программное обеспечение. Поговорим о том, какие возможности предусмотрены для решения этой задачи в отечественной интегрированной системе ADEM.

Новая жизнь бумажных чертежей

Задачу перевода чертежных архивов на бумажных носителях в электронный вид нельзя назвать надуманной или не очень важной. Действительно, после того как человек на практике оценил достоинства создания и редактирования чертежей в CAD­системе, ему уже кажется нелепым перечерчивать старый чертеж для того, чтобы внести в него незначительные изменения.

Первая схема перевода бумажных документов в электронный вид возникла сразу с появлением сканеров. Она имеет такой вид: сканер — векторизатор — CAD­система. На первый взгляд всё логично. Присутствующий в схеме векторизатор превращает растровое изображение в векторное, с которым  умеет довольно эффективно работать CAD­система. Таким образом решается задача последующего внесения изменений. 

Но стоит задать вопрос: всегда ли это самый короткий и удобный путь? Чтобы ответить на него, задумаемся: в чем преимущества векторного формата данных перед растровым? Удобство редактирования. Безусловно, это так. Вот только подходит ли это правило к векторизованным чертежам?

Не стоит забывать, что сканирование производится, как правило, со старых, истрепанных по сгибам и не всегда четких «синек». В таких условиях, например, окружность может превратиться в цепочку из 40 полилиний, состоящих в общей сложности из 84 элементов (реальные данные).

Вообще, процесс векторизации — это не прямая задача, его результат носит вероятностный характер, поскольку связан с процессом восстановления информации. Иногда проще вручную перечертить чертеж, нежели искать различия и ошибки после векторизации.

Заметим, что на практике кардинальное редактирование архивного чертежа обычно не требуется. Как правило, редактирование ограничивается небольшими фрагментами или надписями. Всё это говорит о том, что нет необходимости в обязательном переводе каждого сканированного чертежа в векторный вид. Во многих случаях достаточно иметь его растровую модель.

В системе ADEM (отметим: в одной из первых) появилось и активно развивается новое понятие — гибридный чертеж. На таком чертеже представлены как растровый, так и векторный типы графики. В системе ADEM реализованы способы активного взаимодействия этих объектов друг с другом, а также возможности фильтрации, стирания, преобразования и копирования растровой информации.

Рис. 1. Сканированный эскиз

Рис. 2. Внесение изменений

Технология довольно  простая. Стирайте «ластиком» ненужное и достраивайте обычным векторным способом то, что необходимо (рис. 1 и 2).

Данный способ работы со сканированными чертежами оказался настолько удобным и надежным, что его довольно быстро стали предпочитать всем другим подходам.

В целом последовательность работы с растровыми объектами такова:

1. загрузка растрового файла с заданным разрешением;
2. позиционирование растровой модели в системе координат векторного редактора;
3. позиционирование векторных элементов относительно растрового изображения;
4. выделение части растровой модели с последующей возможностью ее удаления или проведения над ней конформных операций (копирование, перенос, поворот, масштабирование и т.д.);
5. сохранение векторной и растровой моделей в качестве единого чертежа;
6. вывод чертежа, включающего векторную и растровую модели, на печатающее устройство.

Сканированный чертеж, дополненный информацией в модуле ADEM Vault, может служить исходным для создания техпроцесса любого типа.

В модуле ADEM CAPP, предназначенном для выпуска технологической документации, можно использовать любую геометрическую информацию из модуля ADEM CAD, в том числе растровую модель. Отдельные части и элементы растрового чертежа могут быть дополнены векторной графикой и применяться в маршрутно­технологических или операционных картах как эскизы.

Редактирование «слепых» моделей

Сегодня одно из самых популярных направлений, в которых соревнуются MCAD­системы, —  прямое редактирование твердых тел. Преимущество данной технологии состоит в том, что пользователи напрямую манипулируют геометрией независимо от того, когда и как она была создана.

Такая технология в системе ADEM развивается практически с самого начала ее разработки, поскольку задача редактирования «чужих» моделей всегда была одним из наивысших приоритетов для CAD/CAM/CAPP­системы конструкторского, технологического и производственного секторов. Тогда же, в начале 90­х годов, были сформулированы основные принципы решения данной задачи.

Известно, что практически все системы объемного моделирования, в том числе ADEM, имеют механизм внесения изменений в геометрию твердотельных объектов с использованием истории построения. Изменяя те или иные параметры в дереве построений, можно эффективно получать новую геометрию ранее созданных 3D­объектов. Интересно, что плоские CAD­системы, в отличие от объемных, как правило, имеют идеологию прямого редактирования.

Несмотря на многие достоинства, метод редактирования через историю имеет существенные недостатки, которые резко ограничивают область его применения.

Недостаток первый — невозможность внесения изменений, противоречащих исходной логике построений. В первую очередь это связано с тем, что различные методы построений элементов реализуют построения объектов разных топологий. И изменения параметров в рамках метода не позволяют получать объекты другого вида. Например, если была построена пирамида, то превратить ее в трубу можно только полной заменой объекта и метода построений. Или если объект был построен методом «сфера» с параметрами точки центра и радиуса, то, как ни крути этими данными, спираль не получишь.

Второй недостаток — результат редактирования получается после регенерации (построения заново) модели согласно измененному дереву, а при редактировании дерева можно непреднамеренно внести изменения, которые сделают модель некорректной. Умение исправлять такие ошибки — своего рода искусство, которое требует дополнительной подготовки.

Третий недостаток — невозможно редактирование в отсутствие дерева истории построения или в случае его дефекта. Потеря истории построения встречается практически во всех случаях обмена файлами между разными системами моделирования. Дело в том, что и методы построений, и их реализация в различных программных продуктах существенно различаются. Причина этого — постоянное совершенствование данных методов, в основе которого лежит конкуренция на рынке систем моделирования. Задача редактирования объектов в отсутствие истории построения крайне актуальна. Особенно это касается производственного сегмента. Не секрет, что получаемые от проектантов модели деталей требуют технологической доработки. В чистом виде, без внесенных изменений, изготавливать детали по ним невозможно.

В принципе, одним из решений для производства, работающего с различными заказчиками, является наличие всех видов CAD­систем, которые те применяют. Однако это довольно дорогое удовольствие, особенно если учитывать необходимость в подготовленных кадрах и постоянное обновление этих программных средств, дабы правильно интерпретировать входную информацию.

Поэтому наличие в применяемой на производстве системе методов прямого редактирования очень востребовано.

Несколько слов о самой задаче. В принципе, любая CAD­система позволяет вносить изменения в импортированный объект. Например, можно сделать скругление на ребре, просверлить отверстие, добавить материал и т.п. Сложность возникает, когда нужно изменить радиус уже существующего скругления, убрать, передвинуть или изменить диаметр отверстия и т.д. Вот с такого рода задачами дело обстоит куда сложнее. С точки зрения истории построения модели данное редактирование относится не к добавлению новых этапов к дереву построений, а к изменению тех, что в нем уже есть. И это в отсутствие самого дерева!

Сразу заметим, что исследования в области автоматического воссоздания дерева построения на основе распознавания геометрических образов — Automatic Feature Recognition (AFR) — имеют весьма скромные результаты, которые применимы лишь для узкого класса объектов. Например, в системе ADEM данный метод используется при распознавании отверстий для их последующей обработки на станках с ЧПУ или создания техпроцесса обработки отверстий на универсальном оборудовании.

Поскольку применение метода AFR для редактирования сложных деталей проблематично, в 90­х годах был предложен иной принцип (см. «Применение CAD/CAM ADEM для изделий со сжатым циклом разработки» в «САПР и графика» № 4’1999), получивший название  Assigned Feature Representation (AsFR). Суть этого подхода довольно проста. Так как редактирование осуществляет человек, то пусть он сам определит метод построения выбранного объекта. Ведь ни одна программа пока не умеет распознавать образы лучше человека. Например, если он собирается редактировать отверстие, то пусть укажет, что данный объект есть отверстие, а система должна предложить ему инструмент для выполнения процедуры редактирования.

Данный метод позволяет, например, выбрать сферическую область на теле и сказать, что это призма. При этом вместо сферической части появится призматическая с заданными параметрами. Подобная схема основана на замене одного фрагмента другим (рис. 3 и 4).

Рис. 3. Исходная модель

Рис. 4. Внесение изменений прямым редактированием

Кроме процедуры замены, для редактирования твердотельных объектов нужны и другие функции. Их перечень соответствует стандартному набору операций с самими телами: перенос, поворот, копирование, удаление и т.п. В системе ADEM эти операции, которые можно применить и к фрагментам тел, составляют основу прямого редактирования.

Новая жизнь старых CAM­проектов и разработанных ранее УП

Как конструкторские, так и технологические подразделения многих предприятий обладают обширной базой созданных ранее проектов. В некоторых случаях это исходные файлы в форматах различных старых CAM­систем, а чаще просто в виде текстов управляющих программ. Поэтому существует такой немаловажный участок работы, как сопровождение разработанных ранее решений и их подгонка под меняющиеся условия производства.

В случае с текстом УП задача сопровождения довольно проста: необходимо преобразовать код конкретной УП в некий промежуточный формат. Если же источником исходной информации является описание обработки на языке CAM­системы, требуется повторить логику работы последней, превращая исходный текст опять же в промежуточный формат, подлежащий редактированию.

Итак, чем же в таких случаях может помочь ADEM? Давайте начнем рассмотрение с наиболее тяжелого случая — поддержки отслуживших свое CAM­систем.

Сначала расскажем о преобразовании текстов с описанием обработки, созданных в САП «КАТРАН», которая, кстати, послужила основой для САМ­модуля системы  ADEM. В свое время ее использовали такие гранды российской оборонки, как ОАО «КНААПО» (г.Комсомольск­на­Амуре), ОАО «МПП им. Чернышева» и РСК «МиГ» (г.Москва), Завод им. XX партсъезда — ныне ОАО «ВМП» АВИТЕК» (г.Киров), КМПО им. Фрунзе — ныне ОАО «Кузнецов», и многие другие.

Объектно­ориентированный подход описания маршрута на уровне конструктивных элементов и задание геометрии на основе конструкторских чертежей обеспечили 100­процентный перевод всей информации в формат системы ADEM с формированием полноценного маршрута обработки и геометрических примитивов. Основой для этого послужил специально созданный конвертор. Он обеспечивает преобразование фрезерных 2­5­осевых, токарных, сверлильно­расточных и координатно­пробивных переходов. На рис. 5 показан пример исходного текста САП «КАТРАН» и результат его преобразования и обработки.

Рис. 5. Пример преобразования файлов САП «КАТРАН» и их обработки в ADEM

Еще один распространенный ранее класс САПР — системы, работающие на основе языка APT и его модификаций. Для упрощения работы в них можно было использовать параметрическое программирование и типовые геометрические элементы, такие как отрезок, дуга, окружность, и др. Однако они позволяли работать только на уровне траектории, требующем описания всех необходимых для обработки перемещений. Как правило, такой подход требовал обязательного ручного создания расчетно­технологических карт (РТК), содержащих данные перемещения и список применяемого инструмента.

Для работы с такими файлами был разработан транслятор, преобразующий перемещения и технологические команды, написанные на языке APT. Правда, в силу ограничений, налагаемых работой на уровне траекторий, у нас он превращался в элемент самого низшего уровня «Ручной ввод», состоящий из аналогичного набора перемещений и команд, но уже понятных модулю ADEM CAM. После этой операции можно редактировать тип оборудования, сами перемещения, режимы обработки и прочее, но уже в универсальном формате, который не привязан к типу системы ЧПУ. А используя постпроцессоры ADEM — формировать новый вариант управляющей программы.

Рис. 6. Пример РТК, фрагмент APT-файла и деталь, обработанная в ADEM

На рис. 6 показан фрагмент APT­файла, РТК детали и результат ее обработки после преобразования.

Заметим, что вся геометрическая информация, содержащаяся в объекте «Ручной ввод», может быть превращена в геометрические примитивы модуля ADEM CAD и использована в дальнейшем по усмотрению пользователя, например для оформления РТК.

Рассмотрим случай, когда в наличии имеется только текст УП. Тут уже не столь важно, как и кем созданы сами программы — вручную, с использованием старых или современных CAD/CAM­систем, —  управляющая программа часто остается единственным «эталоном», обеспечивающим воспроизводство детали на станке.

Рис. 7. Редактор управляющих программ ADEM NC-Editor

А может быть, CAD/CAM­системы в принципе не должны решать задачи подобного класса? Ответ может быть только один: имея CAD/CAM­систему, все изменения предпочтительно вносить в «источник», получая 100­процентно готовую УП на выходе, тем самым переводя эталон на уровень CAD/CAM. Однако в реальности достичь этого удается нечасто, а следовательно, требуются средства, позволяющие вносить изменения непосредственно в текст управляющей программы. Конечно, это разрывает единую, сквозную цепочку «проектирование — изготовление», разрушая сам процесс, но что поделать — такова жизнь.

Для выполнения этой еще более «низкоуровневой» доводки управляющих программ в ADEM были реализованы две возможности:

• встроенный репостпроцессор;
• внешний редактор ADEM NC­Editor (рис. 7).

Репостпроцессор — это приложение, написанное на внутреннем API системы ADEM. Оно позволяет самостоятельно создавать правила преобразования УП любых форматов для токарной и фрезерной 2­3­осевой обработки и на их основе превращать УП в упомянутый выше объект — «Ручной ввод».

И наконец, редактор ADEM NC­Editor. Помимо стандартных возможностей для работы с текстом УП, таких как вставка/удаление комментариев, вставка текущей даты и времени, ренумерация кадров управляющей программы, удаление лишних пробелов и прочего, модуль поддерживает более «экзотические» функции:

• смещение точки привязки управляющей программы;
• поворот траектории на заданный угол в одной из трех плоскостей;
• отражение относительно заданной оси;
• масштабирование траектории по осям;
• преобразование УП, написанных в приращениях, в абсолютную систему координат и наоборот;
• перекодировки текста УП в форматы ISO и ACSII;
• геометрический калькулятор и др.

Для более экономной печати управляющих программ в модуле реализован режим многоколоночной печати с переменным числом колонок. Данные об инструменте, заготовке и прижимах, необходимые для корректной работы режимов симуляции и просмотра эквидистанты, можно получить из системы ADEM, из комментариев к управляющей программе, задать их вручную или загрузить из библиотеки.

Таким образом, в ADEM есть возможности по реновации бумажной документации, чертежей, перфолент для ЧПУ, старых
2D­3D математических моделей. Используя эти специальные средства, можно обеспечить новую жизнь накопленным знаниям, они становятся доступными для редактирования и дальнейшей модификации.

САПР и графика 5`2012