6 - 2004

Эффективные технологии подготовки производства на базе CAD/CAM ADEM

Андрей Быков, Константин Карабчеев

Состав комплекса

Проектно-конструкторская среда

Технологическая среда

Среда управления документами

Заключение

Данная статья представляет собой выдержки из доклада, сделанного на международной научно-практической конференции ISICAD 2004.

Интегрированная система ADEM, вышедшая на отечественный и зарубежный рынки в середине 90-х годов, появилась в результате научных исследований, проведенных совместно специалистами России, Израиля и Германии. Задача этих исследований состояла в определении параметров программного комплекса для автоматизации основного объема проектно-конструкторско-технологических работ для предприятий машиностроительного профиля. Был обследован ряд предприятий на территории упомянутых государств, а также в США и Канаде. Кроме того, был проанализирован рынок CAD-, CAM-, CAD/CAM-, PDM-, TDM-систем, библиотек инженерной графики, объемного моделирования и других сопутствующих продуктов.

Состав комплекса

Состав комплекса определен спектром работ по подготовке производства. Независимо от размеров, формы и структуры предприятия в этом процессе всегда присутствуют:

• проектные работы по определению технических данных, характеристик, состава и облика изделия, выпуск ПД;

• конструкторская проработка, детализация проекта с выпуском КД;

• технологическая проработка, составление техпроцессов, оформление ТД;

• программирование станков с ЧПУ;

• контроль качества продукции;

• моделирование изделий и оснастки;

• управление документами.

Даже на мелких предприятиях эти виды работ имеют место в той или иной пропорции. При корпоративной же форме разработки изделия работы могут быть разнесены по подрядчикам, но неизменно присутствуют в макрокартине.

Таким образом, для автоматизации подготовки производства необходимо наличие следующих компонентов:

• проектно-конструкторская среда для геометрического моделирования;

• чертежная среда для оформления документации;

• технологическая среда проектирования техпроцессов;

• среда программирования ЧПУ;

• среда контроля качества;

• среда управления документами.

Вышесказанное подразумевает приобретение шести специализированных программных продуктов. Для многих предприятий это довольно дорого. Если взять, например, шесть систем начального уровня по средней цене 4 тыс. долл., то уже получится 24 тыс. долл. за комплекс. Добавим к этому расходы на обучение, освоение, внедрение и поддержку шести различных систем, и затраты составят весьма крупную сумму.

Более того, для эффективной работы необходимо еще обеспечить надежный обмен данными между системами. Даже если это будет единая поставка от одного интегратора, останется еще много подводных камней, связанных с различиями во внутренних структурах данных. Поэтому перед разработчиками системы ADEM была поставлена задача создать единый продукт с шестью интегрированными компонентами. Информационное пространство для всех компонентов должно быть общим и учитывать особенности разнородных задач. Благодаря высокой степени интеграции система должна стать эффективным инструментом сквозного проектирования с окупаемостью менее года.

Создавая интегрированную систему, ориентированную для сквозного проектирования, разработчики понимали, что на практике такую систему будут эксплуатировать и помодульно. Для этого следовало обеспечить эффективность не только всего комплекса, но и каждой его части как самостоятельной системы. Поэтому требования к функциональности каждой составляющей формировались с учетом преимуществ и недостатков лучших аналогов. Данный подход позволил получить продукт, который может быть оптимальным образом (в плане затрат пользователя) распределен по рабочим местам.

В начало В начало

Проектно-конструкторская среда

При формировании требований к проектно-конструкторской части системы был учтен опыт эксплуатации собственной разработки (CherryCAD) и других популярных CAD-систем.

В качестве главного направления разработки была принята интегрированность плоских и объемных методов проектирования. Иными словами, система должна была в равной степени выполнять 2D- и 3D-моделирование при единой логике управления. ADEM был спроектирован таким образом, что движение проекта в нем может осуществляться по любому из четырех направлений:

• в плоскости;

• в объеме;

• от плоскости к объему;

• от объема к плоскости.

В конечном счете любой объект в системе может быть представлен и в плоском, и в объемном виде, в зависимости от конкретной ситуации и удобства работы. В дальнейшем эта особенность сыграла еще одну важную роль — помогла многим конструкторам быстро освоить объемное моделирование в процессе текущей работы на основе традиционных способов проектирования.

Моделирование — важнейший этап современной подготовки производства

Моделирование — важнейший этап современной подготовки производства

В области объемного моделирования главной была задача обеспечения гибридного моделирования (твердотельного и поверхностного), необходимого для решения задач проектирования машиностроительных и инструментальных изделий. Именно это и определило выбор пакета ACIS (Spatial Technologies) в качестве основного ядра моделирования. На базе этого пакета в системе ADEM были реализованы гармоничное существование объектов в виде твердых тел и поверхностей и свободное преобразование одних в другие.

Еще одной причиной выбора ACIS стал тот факт, что его базовый формат файла (SAT) стал промышленным стандартом, в отличие от закрытых форматов других лицензируемых пакетов. Наличие внутри системы этого стандарта служит фундаментом надежности обмена данными с другими популярными CAD-системами.

Необходимым требованием к конструкторской части стало обеспечение точности моделирования, достаточной для программирования станков с ЧПУ. В связи с этим все алгоритмы системы изначально были ориентированы на работу с погрешностью, не превышающей 10 - 6 мм .

Неотъемлемой частью проектно-конструкторской системы является функциональность оформления чертежной документации. В этой области главная задача была определена как универсальность в отношении способа проектирования. ADEM можно использовать просто как плоскую компьютерную «чертилку» (электронный кульман), а можно и получать чертежи на базе трехмерной модели. В последнем случае система автоматизировано строит чертежные виды, ломаные, ступенчатые и местные разрезы, разнообразные сечения и проекции.

Автоматические размеры, ассоциативные чертежные символы, библиотеки стандартных и нестандартных элементов, информаторы стандартных рядов значений, базы способов построений — все это и многое другое является основой эффективного оформления чертежей в системе ADEM.

Выполнено было и требование по считыванию и редактированию бумажных чертежей. Для этого единое пространство системы пополнилось растровым моделированием и гибридным растрово-векторным редактированием. Таким образом, ADEM получила функциональность продукта еще одного назначения.

Итак, проектно-конструкторская среда ADEM является единым 2D-3D-BitMap-пространством, насыщенным различным инструментарием для решения широкого спектра задач моделирования, черчения, оформления и редактирования документации.

В начало В начало

Технологическая среда

При формировании требований к технологической части системы был учтен опыт эксплуатации собственной разработки («Катран») и других популярных CAМ- и CAD/CAM-систем.

Технологический модуль также является частью единого пространства системы ADEM. Изначально он условно был разделен на две предметные области: программирование ЧПУ и проектирование техпроцессов с оформлением техдокументации. В последних версиях системы обе части получили единый пользовательский интерфейс, а программирование ЧПУ стало лишь специальной функцией проектирования техпроцесса.

Кроме требования быть частью единого целого, технологический модуль ADEM, согласно сформулированным требованиям, обладает еще рядом уникальных свойств.

Исследования рынка программных продуктов для автоматизированного составления тех­процессов выявили серьезную проблему. Большинство разработок в этой области представляют собой узконаправленные программы, рассчитанные на определенные формы исполнения документации. Например, для российского рынка, где на каждом предприятии существуют свои, отличные от стандартных традиции создания технологических документов, применение подобных продуктов крайне ограниченно. Поэтому в основу соответствующего модуля системы ADEM был положен принцип гибкой настройки генератора техпроцессов под стандарты и нормы предприятия. Это позволило создать универсальный инструмент технолога-разработчика техпроцессов, а кроме того, генератор применяется для оформления других документов, для расчета норм, для планирования и т.п.

Аналогичная проблема существует у многих систем для программирования ЧПУ. Адаптация их к конкретному оборудованию и традициям программирования нередко является очень трудоемким и дорогостоящим процессом, иногда даже требующим участия разработчиков. Поэтому универсальный генератор постпроцессоров, спроектированный еще в системе «Катран», получил первый приоритет в NC-части системы ADEM. В совокупности с обширной библиотекой готовых постпроцессоров, которые можно использовать в качестве вариантов в первом приближении, генератор позволяет пользователю производить стыковку с любым оборудованием с ЧПУ.

Универсальность системы обеспечивается в первую очередь благодаря принципу инвариантности модуля программирования ЧПУ в отношении исходных данных. Так же как и проектно-конструкторская часть системы, программирование ЧПУ может проводиться на основе плоских, объемных и гибридных моделей. Это означает, что у пользователя появляется возможность повысить эффективность данного процесса без отказа от традиций, или что он просто получает более широкие возможности для маневра и выбора рационального подхода к программированию ЧПУ. Для подрядчика, работающего в кооперации, это тем более важно — уметь работать по исходным данным разного рода.

В области ЧПУ существует задача, очень похожая на редактирование сканированных чертежей, — сохранение и редактирование ранее написанных программ. Этот вопрос крайне актуален, когда производится оснащение предприятия новым оборудованием. Приходится либо писать программы заново, либо, как это реализовано в системе ADEM, репроцессировать их во внутренние структуры и пропускать через постпроцессор для нового станка. Преобразование во внутренние структуры позволяет не просто перевыпустить программу, а внести в нее необходимые изменения.

Одной из самых распространенных проблем при программировании ЧПУ по чертежным документам является несоответствие параметров в чертеже реальному изделию. Эта проблема возникает по нескольким причинам:

• отсутствие или недостаточность этапа геометрической проработки конструкции;

• применение значений размеров из стандартных рядов;

• условности, предписываемые стандартами оформления чертежей;

• ошибки конструктора или техника-чертежника.

Чтобы избежать подобных ошибок, передовые предприятия в обязательном порядке производят точное компьютерное геометрическое моделирование, предшествующее этапу программирования ЧПУ. И основополагающей становится объемная или плоская модель. Для тех, кто вынужден работать по электронным чертежам без модели, в системе ADEM предусмотрена функция автоматического анализа точности чертежной геометрии и соответствия указанным размерам. Она дает представление о том, в какой мере чертежные виды, разрезы, сечения представляют модель, описанную размерами.

Получение заданного качества обработанных поверхностей в системе ADEM обеспечивает группа параметров, влияющих на формирование траектории движения инструмента и режимы резания. Управляя ими, технолог-программист может получать различные варианты обработки и соответственно разное качество деталей. Режимы резания могут быть автоматически рассчитаны по встроенным или пользовательским алгоритмам.

Контроль качества необходим и непосредственно перед выходом на станок. Чтобы сохранить заготовку, инструмент и оборудование, в систему ADEM включен модуль моделирования процесса обработки. Он содержит инструментарий для визуального контроля, качественного и количественного сравнения исходной и полученной моделей.

Точность проектирования — основа высокого качества продукции

Точность проектирования — основа высокого качества продукции

Благодаря участию зарубежных партнеров ADEM постоянно пополняет свой арсенал данными о новейших достижениях в области методов механообработки, о новых инструментах и оборудовании. Особую роль в этом процессе играют компании из Западной Германии, являющейся полигоном для испытания передовых технологий. В то же время происходит подпитка идеями со стороны российских предприятий. Такое сочетание новых технологий с уникальными подходами позволяет постоянно наращивать интеллект системы. Об этом свидетельствует широкий спектр оборудования, который поддерживает система: токарные, фрезерные (2,5-5x, в том числе и высокоскоростные), электроэрозионные (2-4x), листопробивочные станки с различными системами управления.

Итак, технологическая среда ADEM является пространством, насыщенным различными инструментами для решения задач проектирования техпроцессов, программирования ЧПУ, контроля качества, оформления технологической документации.

В начало В начало

Среда управления документами

Работа в едином конструкторско-технологическом пространстве требует особых правил взаимодействия пользователей. Проектированием изделия, как правило, занимается не один человек, а коллектив разработчиков. Поэтому необходимо обеспечить доступ к документам в режиме реального времени всем участникам процесса проектирования, то есть обеспечить коллективную работу над проектом. Кроме того, в процессе этой работы создается большое количество различных документов: 3D-моделей, чертежей, спецификаций, технологических процессов, ведомостей и т.д. И в данной ситуации не обойтись без систем управления проектными данными.

Перечислим основные задачи, которые необходимо решить:

• структурированное хранение документов;

• авторизованный доступ к хранилищу;

• защита документов от несанкционированного доступа;

• обеспечение коллективной работы с документами;

• ведение версий документов;

• поиск по атрибутам;

• ведение библиотек стандартных и нестандартных элементов;

• администрирование пользователей и архивов;

• генерация различных отчетов и ведомостей.

В рамках системы ADEM данные задачи решает встроенный модуль ADEM Vault. Поскольку структура архива формируется самим пользователем, то нет никаких ограничений на способ и место его применения. Можно использовать архив в КБ или в ТБ для обеспечения контроля выполнения заданных работ, а можно — индивидуально, как личный архив документов. Но наибольший интерес, и это подтверждается на практике, представляет применение архива как средства работы с составом изделия. В этом случае можно контролировать процесс разработки технической документации на изделие, выпускать разного рода ведомости в целом по изделию и т.д.

Электронный архив ADEM Vault — это не просто система для хранения документов, а открытая система, позволяющая передавать накопленную информацию (данные спецификаций, технологических процессов и ведомостей) в другие системы и интегрирующаяся с системами управления предприятием (ERP-системы). Способы передачи данных могут быть различными: ASCII-файлы, таблицы баз данных и пр., в том числе с использованием языка XML, который обеспечивает передачу еще и структурных связей.

Таким образом, электронный архив ADEM Vault является решением, которое не только объединяет в одном информационном пространстве всех участников процесса проектирования и предоставляет инструменты по работе с документами, но и обеспечивает данными системы планирования и управления предприятием.

В начало В начало

Заключение

Мы рассмотрели наиболее важные принципы, положенные в основу системы ADEM. Главной целью разработчиков было создание интегрированной системы с функциональностью, эквивалентной шести разнородным продуктам, чтобы обеспечить комплексное решение основных задач конструкторско -технологической подготовки производства. Однако ADEM — это не просто «шесть в одном». Созданный продукт является единым проектно-конструкторско-технологическим пространством и представляет собой инструмент для повышения эффективности производства при рациональном распределении затрат на автоматизацию. Это подтверждается опытом эксплуатации системы на крупных, средних и мелких предприятиях России, ближнего зарубежья и стран Западной Европы.

В начало В начало

«САПР и графика» 6'2004