ГеММа-3D — путь внедрения на одном из производств

Сергей Вишневский, Олег Грехов

В 1992 году производственное объединение «Электрохимический завод» (ЭХЗ) было переориентировано на выпуск низкообогащенного урана для ядерных реакторов АЭС, а конверсионные программы последних лет ХХ века превратили его в предприятие, выпускающее широкий спектр потребительских товаров. Это в первую очередь известные всем под торговой маркой ECP (Electro Chemical Plant) аудио- и видеокассеты, биопрепарат «СИЛК», вакуумные сушилки древесины. Здесь налажена сборка телевизоров, видеомагнитофонов и музыкальных центров фирмы TOMSON. Как и на большинстве предприятий, использованию вычислительной техники в ПО «ЭХЗ» уделяется повышенное внимание. Компьютеры активно используются в решении таких задач, как прохождение бухгалтерских документов, учет материальных ценностей, денег, ценных бумаг, прохождение платежей и т.п. Совершенно новым для предприятия делом стало внедрение персональных компьютеров в процесс технической подготовки производства, и в первую очередь их использование в разработке конструкторской документации. При этом каждое подразделение завода, как правило, решает этот вопрос самостоятельно, в соответствии со спецификой выпускаемой продукции. В данной статье хотелось бы поделиться опытом внедрения систем автоматизированного проектирования на одном из крупнейших подразделений завода, производящем аудио- и видеокассеты.

В 1993 году ПО «ЭХЗ» приобрело у фирмы BASF четыре завода по выпуску аудио- и видеокассет и завод по производству магнитной ленты для них. Эти заводы являются высокоавтоматизированными, и ручной труд на них сведен к минимуму. Всем оборудованием управляют программируемые логические контроллеры различных фирм, в основном — немецких. Конструкторское и технологическое подразделения не очень большие, поскольку ориентированы в основном на ремонт оборудования и в гораздо меньшей степени — на разработку новых устройств и механизмов. Кажущаяся простота работ долгое время не требовала применения современных методов проектирования и производства — обходились кульманами. Но через несколько лет стало понятно, что парк оборудования устарел и требует замены. В основном это касалось самого сложного и точного оборудования — пресс-форм. Для оценки их количества достаточно посмотреть на устройство аудио- и видеокассет. Здесь — футляры, корпуса, окна, ступицы и другие мелкие детали. Если учесть, что каждую из деталей изготавливают на трех линиях, станет понятно, что парк пресс-форм насчитывает несколько десятков устройств. И самое сложное — это их ремонт. Большая часть площади кассет имеет зеркальную поверхность. Очень высокие требования предъявляются и к формообразующим деталям пресс-формы. Для обработки таких деталей необходимо использовать электроэрозионные станки с ЧПУ. Поначалу объем ремонтных работ был небольшим, и для программирования обработки деталей использовали встроенные в станок языки программирования. Но спустя некоторое время объем работ возрос и по количеству, и по сложности. Потребовалось не только восстанавливать формообразующие элементы, но и изготавливать их полностью. Для проведения анализа рынка САПР и металлообрабатывающего оборудования была образована группа специалистов, в которую вошли и авторы данной статьи.

Первой протестированной CAD-системой стала AutoCAD R14, которая была выбрана потому, что использовалась в других конструкторских подразделениях завода и была всем хорошо известна.

Практическая работа с этой системой выявила ряд определенных проблем:

• система оказалась не так проста, как этого хотелось;
• элементарные, казалось бы, задачи приходилось решать нестандартными способами. Возможно, причиной тому был наш незначительный опыт работы с программой. Пришлось обращаться к специалистам из других подразделений завода. Все наши вопросы, конечно, разрешались, но либо через программирование в AutoLISP, либо другими и далеко не очевидными способами;
• требования к ресурсам компьютера со стороны программного обеспечения явно завышены;
• стоимость системы, на наш взгляд, не была оптимальной.

Основные наши требования к системе — это простота в работе, интуитивно понятный интерфейс и отсутствие всяческих излишеств. Дело в том, что работать с ней должны были люди, совершенно не знакомые с Windows и имеющие лишь навыки работы на кульмане. Необходимо было нечто оптимально соответствующее привычным навыкам работы.

Следующей протестированной нами системой стала демо-версия программы T-FLEX CAD. Избыточная параметризация и сложность работы сразу отбили у нас желание изучать ее глубже. Возможно, в ней и заложены большие возможности, но на тот период времени они нам не требовались.

Не теряя времени, мы принялись тестировать демо-версию программы КОМПАС-3D версии 5.9 компании «Аскон». С первых минут стало понятно: это именно то, что надо. Пользователь, хорошо знакомый с Windows, но не имеющий навыков черчения, уже через 20 минут создал простенький чертеж и распечатал его на обычном принтере без всяких проблем. Еще через некоторое время была создана 3D-модель, а по ней рабочие чертежи. Конечно, это не SolidWorks, но для наших задач вполне подходит. Любую вставку пресс-формы можно смоделировать в КОМПАС-3D быстро и просто. А в версии 5.10 появилась возможность создавать и сборки. Понравилось и то, что компания «Аскон» предлагает комплексное решение для выполнения различных задач. Можно приобрести и SolidWorks — КОМПАС с ним великолепно сопрягается.

Однако главная задача была впереди. Можно каким угодно способом создать 3D-модель, но получить конкретную деталь по ней — это уже технологическая задача. Сначала нами была протестирована демонстрационная версия программы EdgeCAM. Пакет довольно сложный и очень дорогой (по нашим меркам). Сразу возник вопрос, как создать постпроцессор к нашему станку. Дело в том, что язык программирования и возможности нашего электроэрозионного станка несколько отличаются от стандартных. Постпроцессор надо было писать самим или обращаться в фирму. А это дополнительные затраты и проблемы. Поработав с этой программой, мы смогли сформировать свои требования к CAM-системе. Итак, система должна:

• быть отечественной и соответственно с русскоязычным интерфейсом;
• не обладать особым «интеллектом» — программа должна позволять контролировать и вмешиваться в любой процесс на любой стадии. Технология вообще довольно сложно поддается автоматизации: то инструмента нет нужного, то порядок обработки в последний момент требуется изменить. Да мало ли что еще? Программа должна быть разработана отечественными программистами, знающими наш парк станков и наше производство;
• выдвигать минимальные требования к вычислительным ресурсам;
• иметь приемлемую стоимость.

Такую CAM-систему мы нашли в компании «Аскон» — это ГеММа-3D. Она отлично работает совместно с КОМПАС-3D и другими CAD-системами. Блестящий коллектив разработчиков предоставил нам пробные математические модели некоторых изделий для проверки возможностей программы и электроэрозионного станка. Еще до приобретения программы специалисты НТЦ «ГеММа» разработали под наш станок постпроцессор, даже не зная, возьмем мы их программу или нет. После проведения серии испытаний и изготовления деталей мы окончательно определились и приобрели систему ГеММа-3D. За все время работы с ней мы еще ни разу не пожалели об этом. Любое возникающее затруднение разрешалось мгновенно: достаточно было звонка по телефону — и сам разработчик давал рекомендации по решению проблемы. Да и вопросов было немного. Правда, поначалу несколько нестандартным казался интерфейс программы, которая действительно здорово отличается от аналогов. Но в процессе работы оказалось, что это действительно удобно. Любая задача выполняется просто ответом на вопросы мастера посредством кнопок мыши: «Да» или «Нет». Программа очень быстро работает на машине средней конфигурации, чего не скажешь о западных аналогах. Возможно, в ней и нет каких-либо функций, присущих более мощным CAM-системам, но мы пока этого не обнаружили. Все полностью соответствует нашим задачам при вполне разумной цене.

Как уже было отмечено выше, нам потребовался хороший фрезерный станок, поскольку изготавливать вставку пресс-формы на электроэрозионном станке не реально — слишком долгим и дорогим получится процесс изготовления. Проведя анализ металлообрабатывающего оборудования, мы остановили выбор на фрезерном станке DMU 50T фирмы Deckel Maho Gildsmeister. Как оказалось, и на эту модель станка в системе ГеММа-3D имеется постпроцессор. Она вообще поддерживает огромный парк станков — как отечественных, так и зарубежных. Имеется мощный встроенный макроязык, при помощи которого можно решить любые задачи.

Таким образом, мы окончательно утвердились в нашем выборе и приобрели системы КОМПАС 3D и ГеММа-3D. Весь процесс внедрения этих систем в производство занял менее месяца. За это время было проведено обучение системе ГеММа-3D, создан ряд постпроцессоров, необходимых для решения некоторых конкретных задач. Хочется отметить, что обучение системе КОМПАС не проводилось, поскольку программа оказалась проста в освоении и эксплуатации. В результате удалось в короткие сроки, минуя длительный процесс освоения, перейти к решению конкретных производственных задач.

Рассмотрим пример изготовления формообразующей вставки пресс-формы, выполненный с помощью систем КОМПАС-3D и ГеММа-3D.

На первом этапе осуществляется проектирование твердотельной модели в среде КОМПАС-3D (рис. 1). Затем модель экспортируется через формат IGES в систему ГеММа-3D. Необходимо отметить, что в КОМПАСе предусмотрена возможность экспортировать модель в формате IGES в виде твердого тела. Это значительно упрощает подготовку к созданию управляющих программ, так как при этом модель в системе ГеММа-3D представляется сразу в виде готовой оболочки (рис. 2).

Далее производится технологическая подготовка создания управляющей программы для станка с ЧПУ. Она включает в себя создание проходов, выбор стратегии обработки, инструмента и т.д. При этом программа позволяет реализовать любые замыслы технолога.

В системе очень удобно реализован контроль над стратегией обработки. На каждом этапе создания управляющей программы можно наглядно наблюдать за движением инструмента, причем в разных вариантах:

• в виде проходов, как это показано на рис. 3 и 4;
• путем визуализации обработки встроенным макросом и внешней программой (рис. 5);
• просмотром перемещений инструмента в редакторе АРТ-программ (рис. 6).

Удобно реализована возможность просмотра и редактирования АРТ-программ и машинных программ, текущая строка в редакторе выделяет на проходе соответствующий участок движения инструмента. При редактировании программы автоматически изменяется изображение проходов на экране.

Еще одной полезной функцией является возможность разбиения программы на отдельные части, в каждой из которых осуществляется самостоятельный подход и отход инструмента для исключения повреждения детали в местах стыковок программ. В нашем случае без этого было просто не обойтись, поскольку электроэрозионный станок имеет очень маленькую оперативную память (около 30 Кбайт). Разбиение программы возможно на заданное количество строк или на заданный размер одной части.

Другим средством снижения размера управляющей программы является применение, где это возможно, круговой интерполяции, что также улучшает качество обработки. В системе ГеММа-3D это реализуется автоматически.

Очень удобно реализована функция гравировки (рис. 7). Для любого рисунка или текста (любым шрифтом) за считанные минуты может быть создана управляющая программа для гравировки. Все, что для этого нужно, это выделить объект, выбрать гравер и дать соответствующую команду. Особенность алгоритма гравировки заключается в том, что, используя концевой конический инструмент, можно формировать острые углы букв и других объектов. Функцию гравировки удалось удачно применить и для решения такой задачи, как изготовление клише. Для этого обычно используются 5-координатные станки, но, к сожалению, на нашем производстве такого оборудования нет. Однако данную проблему удалось разрешить с помощью системы ГеММа-3D на трехкоординатном станке с программным поворотом оси шпинделя. С учетом этой возможности станка был разработан макрос для переноса плоского изображения на цилиндрическую поверхность детали, параллельную оси шпинделя, и автоматического создания управляющей программы (рис. 8).

В настоящий момент мы можем говорить о том, что выбранное нами направление по внедрению САПР на нашем производстве было правильным. Внедрение систем КОМПАС и ГеММа-3D заняло непродолжительное время, и отдача видна уже сейчас. Повысилось качество конструкторской документации, сократились сроки от начала разработки до получения готовой продукции, улучшилось ее качество.

В заключение хочется отметить, что внедрение CAD/CAM-технологий на производстве — процесс длительный. Можно сократить сроки внедрения, правильно выбрав стратегию и средства реализации поставленных задач. В этом отношении системы КОМПАС и ГеММа-3D представляют собой эффективные продукты для решения большого спектра конструкторских и технологических задач.

«САПР и графика» 6'2001