Производительность при подготовке производства: уникальные решения от компании Cimatron. Часть 1
Несколько лет назад компания Cimatron — разработчик CAD/CAM Cimatron и ряда других программных продуктов — анонсировала концепцию Data-to-Steel (от данных до металла), основное назначение которой — предложить пользователям полный комплекс специализированных средств, обеспечивающих эффективное решение всех задач, связанных с проектированием и подготовкой производства сложной технологической оснастки и формообразующего инструмента. Данная концепция подразумевает организацию деятельности всего предприятия или подразделения в соответствии со сложившимися традициями и применяемыми технологиями работы в мировом инструментальном производстве.
К предприятиям, решающим задачи инструментального производства, можно отнести организации или их подразделения, изготавливающие на заказ (внешний или внутренний) технологическую оснастку. При этом исходными данными являются конструкторская документация на изделие и его геометрические модели, а результатом работы — отработанная и собранная оснастка (прессовые, литьевые, ковочные формы, штампы для объемной листовой штамповки, гибки, приспособления и т.п.). Таким образом, под это определение в нашей стране попадают и специализированные предприятия, проектирующие и/или изготавливающие оснастку (в основном возникшие за последние десять лет), и службы любого предприятия машиностроительного профиля, отвечающие за подготовку производства.
Какие же требования предъявляют сегодня заказчики предприятиям инструментальной сферы? По данным независимой американской аналитической компании CIMdata, этот рынок характеризуется следующими основными особенностями:
·рынок является зрелым, то есть известны технические возможности предприятий, сроки и стоимость выполнения заказов в зависимости от их сложности;
·68% заказчиков требуют сокращения времени и снижения стоимости и лишь 9% из них указывают на необходимость повышения качества;
·руководители подразделений, выполняющих заказы, требуют от низкоквалифицированных работников высококачественного результата.
С другой стороны, за рубежом цикл проектирования, подготовки производства и изготовления для 54% формообразующей оснастки составляет менее 10 недель, для 42% этот цикл составляет 11-20 недель и лишь для 4% оснастки — более 20 недель.
Приведенные данные говорят сами за себя: в этой области мы серьезно отстаем и конкурировать, по большому счету, не готовы. Как выйти из такой ситуации? Ответ может быть только один: необходимо увеличивать производительность работ, в первую очередь подготовки производства, за счет использования специализированных средств автоматизации, а также перестраивать организационные схемы взаимодействия различных подразделений и специалистов.
Под словом «производительность» мы подразумеваем не скорость выполнения компьютером каких-либо отдельных операций, а минимизацию времени решения всего спектра задач, возникающих в процессе проектирования и подготовки производства оснастки — от принятия исходных данных до сдачи работы.
Традиционно этот процесс в рамках концепции Data-to-Steel выглядит следующим образом. Исходными данными могут быть: трехмерные геометрические модели, созданные средствами сложного поверхностного, твердотельного или гибридного моделирования CAD/CAM Cimatron; данные обмера прототипа на различном измерительном оборудовании, которые с использованием специального модуля системы ReEng (Revers Engineering) преобразуются в корректную геометрическую модель; геометрические данные из других систем. Для интеграции с CAD-системами CAD/CAM Cimatron предлагает интерфейсы как стандартные — IGES, STEP, SAT, VDA, DXF, STL, так и прямые — с системами CATIA, Pro/Engineer, Unigraphics, AutoCAD (DWG).
Далее с использованием специальных функций, входящих в модуль MoldExpert, определяются зоны поднутрений, создаются линии и поверхности разъема, а после определения формообразующего блока оснастки на основе механизма булевых операций генерируются формообразующие детали (пуансоны, матрицы, вставки и т.п.). Проектирование самой оснастки осуществляется с использованием различных методов геометрического моделирования деталей и сборочных единиц или в модуле MoldBase3D. Этот модуль обеспечивает автоматическое создание объемной модели формокомплекта для выбранного стандарта, после чего в диалоговом режиме производится добавление отдельных деталей оснастки (например, ползунов, толкателей, каналов охлаждения и т.п.) к сборке. При добавлении деталей во всех смежных элементах конструкции автоматически создаются отверстия, вырезы и производится контроль минимальной заданной толщины стенки. На любом этапе работ для моделей может быть проведен компьютерный анализ как их свойств (прочность, долговечность и т.п.), так и технологических процессов их изготовления (литье, ковка, штамповка, сварка, экструзия и т.п.). Модуль MoldBase3D обеспечивает полуавтоматическое проектирование оснастки для геометрических моделей любых типов — не только твердотельных, но и также поверхностных и гибридных. В результате формируются полностью законченные модели деталей и сборочных единиц оснастки, сопровождаемые оформленным в соответствии с требованиями ЕСКД комплектом конструкторской документации (рис. 1).
Согласно требованиям российских стандартов, на основе созданных объемных моделей автоматически создаются проекционные виды сборочных чертежей (с автоматической простановкой позиций) и чертежей деталей, а также производственные документы для инструментальщиков, работающих на универсальном оборудовании: карты сверления отверстий с простановкой размеров и т.п. Здесь очень важно, что система автоматически создает проекционные виды для моделей любых типов — не только твердотельных или гибридных, но и сложных поверхностных.
Для оборудования с ЧПУ могут быть разработаны и проверены на экране (модули SIMULATOR, VERIFIER, Virtual Controller) управляющие программы любой сложности — от 2- до 5-координатной фрезерной (а также проволочной электроэрозионной, вырубки, токарной) обработки. При этом учитываются такие специфические особенности современного оборудования, как поддержка NURBS-интерполяции и высокоскоростной резки (рабочие подачи до 60 м/мин), что требует специальных алгоритмов расчета траекторий движения инструмента. Используются различные виды оптимизации обработки.
Очень важной возможностью CAD/CAM Cimatron являются параметризация и ассоциативность данных на всех этапах работы, что обеспечивает автоматическое отслеживание изменений от изделия до оснастки, инструмента второго порядка (например, электродов), вплоть до соответствующей конструкторской документации и управляющих программ для станков с ЧПУ.
Рассмотренные возможности очень эффективны и достаточно давно используются многими предприятиями. Однако сейчас речь пойдет о действительно уникальном на сегодняшний день по производительности комплексе QuickTooling (быстрая подготовка инструментального производства). Этот новый специализированный комплекс программных средств был выпущен компанией Cimatron в начале 2000 года. Он представляет собой новый шаг в развитии CAD/CAM-технологий и является, по сути, комплексом САПР-приложений на базе универсальной CAD/CAM-системы.
Основная особенность комплекса заключается в том, что он позволяет необычайно производительно работать с исходными данными в виде сложных поверхностных моделей, переданных из различных CAD-систем. При этом работа с QuickTooling позволяет избежать многочасовых потерь времени на «лечение» моделей. «Лечение» (healing) — термин, возникший в связи со сложностью однозначного преобразования геометрических данных из формата одной системы в формат другой. На «лечении» моделей специализируются многие зарубежные консалтинговые фирмы. Необходимость этого процесса обусловлена такими проблемами, как наличие зазоров между поверхностями, неправильная параметризация границ поверхностей и др. Эти проблемы абсолютно не влияют на качество будущей оснастки или материального изделия, но они не позволяют автоматически создать твердотельную модель, на основе которой с использованием механизма булевых операций CAD-системы создаются модели формообразующих деталей оснастки. Указанные проблемы давно известны и являются интернациональными; частично их решение упрощают наличие прямых интерфейсов обмена данными, а также специальные функции для «лечения», как, например, программный блок в CAD/CAM Cimatron, который так и называется — Healing.
Теперь несколько слов о существующей на сегодняшний день мировой практике организации работ предприятий инструментальной промышленности. Работа начинается с анализа исходных данных и геометрических моделей, обычно находящегося в ведении менеджеров проекта. Их задача — проанализировать геометрию изделия, оценить его габаритные размеры, объем, массу, площади поверхностей, заложенные конструкторами уклоны, выявить возможные поднутрения, определить количество формообразующих движений оснастки и их направления, для чего модель изделия автоматически разделяется и в режиме анимации производятся перемещения отдельных частей. Помимо этого они должны решить ряд других вопросов. По результатам анализа принимается решение о возможности и сроках выполнения заказа и определяется его ориентировочная стоимость. В процессе анализа производится согласование исходных данных с заказчиком и при необходимости вносятся коррективы (протокол согласования, естественно, сохраняется). Если заказчик вносит изменения в изделие, то используется средство автоматического сравнения «старой» и «новой» моделей и выявляются различия. Решение всех этих задач предоставляет система QuickConcept (рис. 2).
Следующая подсистема, называемая QuickSplit (быстрое разделение), обеспечивает не только автоматическое разделение модели изделия на группы формообразующих поверхностей в заданных направлениях разъема (с просмотром перемещений в режиме анимации) и автоматическое создание линий разъема (наружных и внутренних контуров), но и автоматическое (с возможностью корректировки) построение поверхностей разъема (рис. 3). Если какие-либо поверхности в заданном направлении разъема не разделяются, необходимо выбрать другое направление. И так до тех пор, пока неразделенных поверхностей не останется (при разделении поверхности меняют цвет). После создания поверхностей разъема все совокупности полученных поверхностей автоматически преобразуются в структурированную сборку формообразующего блока.
Продолжение в одном из следующих номеров журнала
«САПР и графика» 1'2001
