6 - 2003

Как радикально сократить сроки разработки формообразующей оснастки

Алексей Пелипенко

Специализированные средства для разработчиков оснастки

Как известно, для предприятий или подразделений, специализирующихся на разработке и выпуске формообразующей оснастки (пресс-форм, штампов и т.п.), сроки технической подготовки производства являются одним из важнейших показателей их конкурентоспособности. Этот показатель обратно пропорционален размеру прибыли, которая может быть получена за определенный промежуток времени: чем меньше срок разработки, тем больше будет количество заказов, а следовательно, выше прибыль. Таким образом, исходя из сокращения сроков подготовки производства можно рассчитать увеличение прибыли (экономический эффект) за счет использования определенной автоматизированной системы и срок ее окупаемости. Данный подход позволяет осуществить выбор автоматизированной системы предприятием объективно, с учетом единовременных (стоимости системы, технических средств и пр.) и текущих (гарантийное обслуживание и пр.) затрат.

В сфере разработки сложной оснастки сокращение сроков достигается, с одной стороны, за счет повышения производительности на каждом из этапов рабочего процесса, а с другой — за счет его современной организации. Организация рабочего процесса дает существенные дополнительные преимущества, поскольку для радикального сокращения сроков разработки (например, на 50%), учитывая уровень современных систем и резервов повышения производительности, решения отдельных задач явно недостаточно. Для оценки эффективности средств автоматизации необходимо проанализировать узкие места в существующей организации процесса разработки оснастки и методах работы специалистов.

Использование CAD/CAM-систем предполагает разработку совокупности геометрических 3D-моделей, эквивалентных состояниям деталей и заготовок в производственной системе, в соответствии с технологическим процессом изготовления детали (изделия). Так, при проектировании оснастки (пресс-форм) для инжекционного литья металлов на основе модели детали сначала должна быть разработана модель заготовки, отличающаяся от модели детали припусками (например, на обработку резанием, если эта операция присутствует в технологическом процессе). Если установов при обработке резанием несколько, должно быть разработано столько же моделей заготовок. При проектировании кузнечно-штамповой оснастки, учитывая многопереходность процесса, дополнительно должна разрабатываться некоторая совокупность моделей заготовок и оснастки, соответствующая числу переходов формования. При изготовлении пластмассовых деталей заготовка обычно не проектируется. Как показывает практика, существуют следующие особенности типового процесса разработки оснастки (рис. 1):

• рабочий процесс представляет собой последовательно выполняемые этапы работы от приема исходных данных до передачи информации в производство для изготовления оснастки, то есть пока предыдущий этап работ не завершен, следующий не начинается;

• использование многих программных систем на всех этапах работы — от концептуального дизайна до производства — приводит к постоянным преобразованиям данных на каждом этапе рабочего процесса;

• большое количество изменений при отработке конструкции оснастки обусловлено усложнением изделий, оснастки и необходимостью максимального снижения издержек;

• высокая трудоемкость внесения изменений; руководители и специалисты неудовлетворены сроками внесения изменений;

• при отработке изменений необходимо проходить все этапы работы заново, поэтому специалисты пытаются получить окончательный результат с первого раза. Однако такая технология работы не соответствует инженерной практике, предполагающей принятие окончательного технического решения после нескольких итераций, заключающихся в анализе и внесении корректив в первоначальные решения;

• твердотельный подход, обеспечивающий отслеживание изменений, требует применения единой системы на всех этапах работы. Однако на любом предприятии используется, как правило, множество систем, а твердотельная технология значительно усложняет или не позволяет работать со сложными поверхностями, свойственными формообразующей оснастке;

• специалисты работают «через стенку», зачастую не используя не только режим работы с единой базой данных проекта, но и преимущества от работы в единой вычислительной сети. Это свидетельствует о том, что средства обеспечения совместной разработки в реальном времени неэффективны или полностью отсутствуют.

Особенности рабочего процесса и существующей организации работы приводят к тому, что разработчики сложной оснастки в повседневной практике сталкиваются со следующими типичными проблемами:

• потеря данных (поверхностей) при импорте файлов;

• потеря времени на подготовку данных («лечение» геометрии, состыковка границ, «зашивание» щелей, перестроение поверхностей и т.п.);

• невозможность автоматического отслеживания инженерных изменений на всех этапах рабочего процесса;

• потеря времени на решение специализированных задач обычными средствами;

• невозможность организации процесса разработки.

Для решения таких проблем и сокращения сроков разработки сложной формообразующей оснастки и инструмента на 50% и больше компания Cimatron Ltd предлагает пользователям интегрированную CAD/CAM-систему Cimatron E, включающую комплекс специализированных решений и обеспечивающую новую организацию процесса разработки.

В начало В начало

Специализированные средства для разработчиков оснастки

Безусловно, специализированное решение обладает более высоким уровнем автоматизации, чем универсальное. Эволюция CAD/CAM-систем подтверждает это, и известные ранее как универсальные, позволяющие проектировать всё — от сохи до самолета — системы сегодня концентрируются на наиболее важных, с точки зрения разработчиков, конкурентных преимуществах при решении проблем пользователей.

Cimatron E предлагает пользователям не только комплекс специальных модулей — инфраструктура, интерфейс и архитектура системы также нацелены на оптимизацию процесса разработки оснастки.

Гибридное моделирование. Во-первых, Cimatron E предлагает шесть базовых технологий: каркасное моделирование, работу со сложными поверхностями, твердотельное моделирование, применение булевых операций к объектам различной природы, специализированные проектные Quick-модули, работу со сборками. Во-вторых, все эти технологии работают в единой среде. В-третьих, эта рабочая среда является полностью параметрической.

Cimatron E обеспечивает разработку деталей и сборок. Модель детали может быть многообъектной. При экспорте входящих в модель детали геометрических объектов в другие модели ассоциативные связи сохраняются, что обеспечивает автоматическое отслеживание изменений. Таким образом, начав работать с моделью детали и получив в результате набор объектов, являющихся эквивалентами формообразующих деталей оснастки, пользователь автоматически создает на основе каждого из таких объектов деталь в базе данных. Импорт модели детали или заготовки в новый (пустой) документ позволяет, например, достроить технологические припуски и спроектировать модель заготовки для следующей технологической операции. Созданные таким образом модели также будут поддерживать ассоциативные связи, что позволяет автоматически отслеживать изменения модели детали (изделия) по всем заготовкам технологического процесса (рис. 2).

При разработке как деталей, так и сборок доступны все возможности геометрического моделирования. Отличие состоит в том, что в результате работы со сборкой создается ее структура в базе данных проекта. При разработке детали ведется не только дерево используемых операций, но и дерево процесса, отражающее состав выполненных действий на всех этапах разработки оснастки, таких как получение формообразующих объектов, линий и поверхностей разъема, заготовки формообразующего блока и др. Это дерево тоже ведется автоматически и обеспечивает однозначное понимание структуры документа всеми участниками рабочего процесса. Гибридная деталь может состоять из различных элементов (поверхностей, твердых тел и т.п.), так же как и гибридная сборка может состоять из различных деталей (гибридных, поверхностных, твердотельных и т.п.).

Интерфейсы. Cimatron E обеспечивает обмен данными в форматах IGES, SAT, DXF, DWG, STEP, VDA, Parasolid, STL и VRML, а также имеет прямые интерфейсы с системами CATIA, Cimatron IT, Pro/ENGINEER и Unigraphics. Работая в сфере разработки сложной оснастки и ориентируясь на прием исходных моделей из различных систем, компания Cimatron традиционно уделяет качеству интерфейсов большое внимание.

Подготовка данных. Если модель детали получена из другой системы через интерфейсы обмена данными, то пользователь сталкивается, как правило, с рядом проблем, которые не позволяют без дополнительных действий начать проектирование оснастки. Процесс корректировки исходных данных часто называют «лечением». Он может занимать достаточно много времени (до недели и более) и закончиться практически полным перестроением модели. Среди возможных проблем выделяются такие, как дублирование поверхностей, очень узкие и длинные поверхности, «тяжелые» поверхности (время обработки которых значительно больше, чем для других поверхностей модели), неправильная ориентация нормалей, щели между поверхностями, неправильная параметризация границ обрезанных поверхностей и т.п.

Для решения этих проблем Cimatron E предлагает ряд специальных средств. Несколько вариантов проверки моделей позволяют автоматически выявить «плохие» поверхности и сгруппировать их в именованные наборы. Затем такие наборы можно автоматически преобразовать с заданной точностью в другое внутреннее представление. Специальная функция показывает направление нормалей поверхностей, закрашивая их разными цветами. Изменение ориентации нормали производится простым указанием поверхности на экране. Особенностью Cimatron E является терпимость к щелям между поверхностями. Это избавляет конструктора оснастки от лишней работы по затягиванию щелей, существующих на модели, которая получена от конструктора изделия в формате другой системы.

QuickSplit — подсистема разделения модели детали на наборы формообразующих поверхностей оснастки, интегрированная в базовую конфигурацию рабочего места конструктора. После задания значения усадки материала QuickSplit обеспечивает разделение модели в соответствии с необходимыми направлениями разъема. С учетом этих направлений производится графическая визуализация поднутрений для всех полученных наборов геометрии. При выявлении поднутрений поверхности делятся по силуэтным линиями (линиям разъема) и каждая из полученных частей переносится к соответствующему формообразующему набору.

Линии и поверхности разъема могут формироваться автоматически или в интерактивном режиме с использованием любых средств моделирования системы. На этом этапе работы весьма полезными оказываются возможности ассоциативного параметрического каркасно-поверхностного моделирования, объединения нескольких поверхностей в одну или нескольких элементов, не имеющих общих границ, в один объект или набор, затяжки вырезов и др. Работа с каркасными и поверхностными элементами так же трудоемка, как и с твердотельными. Таким образом, пользователь независимо от ситуации применяет оптимальные средства, а создаваемые геометрические элементы группируются им по заданному признаку, что облегчает манипулирование данными и понимание истории работы коллегами.

После задания заготовки формообразующего блока и разделения его формообразующими поверхностями и поверхностями разъема производится экспорт полученных объектов в самостоятельные документы: пуансоны, матрицы, вставки и т.п. (см. рис. 2). Для выполнения разделения заготовки блока, которая может быть твердотельной, преобразовывать модель в твердотельное представление и затягивать щели не требуется.

MoldDesign — подсистема проектирования форм инжекционного литья (рис. 3). При ее разработке компания Cimatron учла многолетний опыт использования партнерских разработок в системе Cimatron IT. Особенностью MoldDesign является полная открытость и настраиваемость, что дает пользователю возможность создавать собственные каталоги. При работе с такими каталогами не происходит уменьшения функциональности по сравнению с использованием каталогов деталей и пакетов оснастки, входящих в комплект системы. Для разработки собственных каталогов не требуется приобретать дополнительные приложения, а также обладать специальными знаниями.

Специальные возможности обеспечивают значительную эффективность работы. Специфическое структурирование деталей пресс-формы облегчает управление группами деталей при проектировании и черчении. Правила, которые можно создавать и привязывать к любой детали, обеспечивают «умное» позиционирование деталей в сборке. Например, при установке толкателя необходимо указать только место, в которое он должен «толкать», а правильное расположение на плите толкателей он займет сам. Наряду с правилами можно задавать связанные детали, например «винт — шайба». В этом случае при установке винта шайба будет включаться в сборку и размещаться автоматически. При проектировании системы охлаждения полезной является функция контроля минимальной толщины стенки.

Доступные при разработке сборок широкие возможности геометрического моделирования обеспечивают высокую производительность при проектировании формопакетов. Проектируя пресс-форму, пользователь сам определяет, к какому элементу должны относиться его построения — к конкретной детали или к сборке в целом. Система обеспечивает хранение таблично параметризованных стандартных деталей вместе с «вырезающими» объектами, топология и размеры которых могут не соответствовать топологии и размерам детали. При размещении таких деталей место под них в соседних деталях вырезается автоматически таким, каким оно должно быть: например, отверстия под крепеж будут учитывать вылет резьбы, а вырез под головку винта будет выполнен с необходимым зазором и т.п.

Продолжение следует.

В начало В начало

«САПР и графика» 6'2003