«Вертикаль» — новое поколение технологических САПР: объектный подход

Андрей Андриченко

Технология является источником информации о трудовых, материальных и ресурсных затратах производственного процесса. Данные, содержащиеся в технологии, используются в ERP-системах для расчета трудоемкости, материалоемкости и себестоимости изготовления изделия в целом. Внедрение на машиностроительных предприятиях систем планирования и управления производством повышает значение программных комплексов, автоматизирующих разработку технологической документации.

Ключевым аспектом функционирования технологических САПР является их взаимодействие с конструкторскими данными, поступающими от CAD-систем. Все технологические решения принимаются на основе информации, полученной с чертежа изделия. Если в САПР ТП структурировать графические данные, объединить их с технологической информацией и в удобном формате представить технологу, то это позволит повысить скорость разработки технологических процессов и сократит сроки выпуска необходимой документации.

Новые задачи требуют новых подходов, прежде всего в области представления данных. Объектно-ориентированные методы организации технологических баз данных, СОМ-технологии, новые интерфейсные решения, открытая архитектура, основанная на ActiveX-компонентах, в полной мере были реализованы в предлагаемой компанией АСКОН системе нового поколения технологических САПР — «Вертикаль».

Традиционно в технологических САПР технология отображается компонентами «дерево» и «сетка» (рис. 1). В первом просматривается состав и последовательность технологических операций, а во втором на различных закладках отображаются переходы, используемая оснастка, материалы, режимы обработки и т.д.

Такой формат позволяет отображать последовательность изменения заготовки во времени. Он привычен для технолога, поскольку близок к бумажной, гостированной форме представления информации. Недостатком его является отсутствие удобного механизма просмотра планов обработки отдельных конструктивных элементов детали. Так, обработка отверстия втулки с точностью H6 и чистотой поверхности Ra0.8 делится на черновую, получистовую, чистовую и доводочную стадии. Каждому этапу может соответствовать один или несколько переходов, принадлежащих различным операциям. Собрать переходы вместе и работать с ними как с самостоятельным фрагментом технологического процесса (ТП) формат технологии, представленный на рис. 1, не позволяет.

В САПР ТП «Вертикаль» реализован новый подход к организации данных о ТП, позволяющий решить эту проблему. Прежде всего, система базируется на объектной модели технологии, представленной на рис. 2.

Технологическая часть модели содержит сведения об операциях, переходах, оснастке, конструкторская — отображает состав и структуру обрабатываемых поверхностей детали. Объекты «переходы» и «конструктивные элементы» имеют двусторонние связи, что позволяет определять как список переходов по каждой поверхности, так и состав поверхностей, обрабатываемых на отдельных технологических операциях. Особенностью данной модели является наличие у объекта «переходы» двух родителей: «операции» и «конструктивные элементы», что позволяет получить вторую «пространственную» точку зрения на технологический процесс, идущую от конструкции детали.

Объектная модель, в отличие от табличной, реляционной, — это более совершенная форма организации данных. Она содержит в себе информацию не только о физической структуре данных, но и логику взаимосвязей своих компонентов, то есть метаданные. Настройкой состава и структуры объектов, а также их атрибутов, свойств и методов занимается специальное приложение — конфигуратор модели, позволяющий пользователю самостоятельно создавать новые типы технологических процессов (рис. 3).

Иерархия классов, описывающих технологические сущности (операция, переход, оснастка, конструктивный элемент), позволяет реализовать механизмы наследования. Это облегчает доступ к атрибутам объектов из внешних приложений, таких как расчет режимов обработки, припусков, трудовое и материальное нормирование и др. Развитой API-функционал объектной модели ТП, базирующийся на СОМ-технологии, делает архитектуру программного комплекса «Вертикаль» открытой для интеграции с любыми системами, в том числе с PDM, ERP, CAD и CAM.

Для реализации предложенной модели ТП в состав визуальных компонентов, представленных на рис. 1, вводятся дерево конструкторско-технологических элементов (КТЭ) и компонент для отображения планов обработки, расположенный в правом верхнем углу формы.

В дереве КТЭ (рис. 4) отображаются состав и иерархия поверхностей детали. Выбор определенного элемента в дереве автоматически собирает технологические переходы по данному конструктивному элементу детали и выводит их на закладке «План обработки». Между деревьями КТЭ и ТП существует взаимообратная синхронизация. Активизация перехода на закладке «План обработки» выделяет его в дереве ТП и наоборот.

Удаление элемента из дерева КТЭ приводит к автоматическому удалению подчиненных переходов из технологии. Проектирование ТП на основе техпроцесса-аналога с использованием рассмотренных компонентов сводится к простому редактированию дерева КТЭ.

Формирование дерева КТЭ осуществляется с помощью специальной библиотеки, в которой конструктивные элементы связаны с типовыми технологическими планами их обработки (рис. 5).

Идеи создания подобных библиотек принадлежат теории синтеза технологических процессов, над которой с конца 70-х годов работали Г.К.Горанский, В.В.Павлов, В.Г.Старостин, В.Д.Цветков, Б.Е.Челищев и др. Данное направление является основой для создания экспертных систем в области автоматизированного проектирования технологических процессов. Актуальность и перспективность «интеллектуальной механической обработки» (knowledge-base machining) подтверждается обзорной статьей «“Интеллектуальные” возможности современных CAM-систем» (CAD/CAM/CAE Observer. № 4 (9). 2002).

На практике существующие САПР ТП основываются на типизации ТП. Их работа сводится к выбору и доработке техпроцесса-аналога. Такой подход позволяет максимально учитывать сложившиеся традиции и специфику конкретного машиностроительного предприятия, но не обладает гибкостью по отношению к изменяющимся производственным условиям.

В САПР «Вертикаль» реализован новый метод, сочетающий преимущества различных направлений. В его основе лежит синтез унифицированных маршрутов обработки деталей и типовых планов обработки КТЭ. Такой синтез можно представить как встречное движение двух потоков технологических решений, порожденных, с одной стороны, конструкторско-технологическими свойствами детали, а с другой — конструкторско-технологическими характеристиками конструктивных элементов.

Возвращаясь к интерфейсным решениям системы «Вертикаль», необходимо рассмотреть возможность связывания 3D-модели детали с деревом КТЭ. В качестве графического редактора используется система КОМПАС-3D, которая позволяет создавать ActiveX-компоненты и помещать их на форму любого приложения. В отдельном окне системы «Вертикаль» отображается 3D-модель детали, на которую разрабатывается технология (рис. 6).

В данном окне технологу доступен минимальный набор функций по работе с 3D-моделью — вращение, выделение граней, масштабирование, — необходимых для навигации по изображению. Грани 3D-модели, образующие обрабатываемые конструктивные элементы, посредством уникальных идентификаторов связываются с элементами дерева КТЭ. Образуется двусторонняя связь, позволяющая при выделении грани в 3D-модели активизировать соответствующий элемент в дереве КТЭ совместно с технологическим планом его обработки. При выборе технологического перехода в дереве ТП активизируется элемент КТЭ и подсвечивается обрабатываемая поверхность в 3D-модели. В данном случае можно говорить о том, что 3D-модель детали является средством навигации в технологическом процессе (рис. 7).

В свою очередь, технологию можно рассматривать как дерево построения 3D-модели детали. Если от выбранной точки в технологическом процессе (от перехода) подняться вверх по модели, то можно определить, в каком состоянии находится каждый конструктивный элемент, а следовательно, сгенерировать текущий облик 3D-модели детали и передать его в CAM-систему для разработки управляющей программы (рис. 8).

Итак, на рынке систем автоматизированного проектирования технологических процессов появился программный комплекс «Вертикаль», разработанный компанией АСКОН. Основные особенности данного комплекса следующие:

• применение новых интерфейсных решений, облегчающих процесс проектирования технологий;

• впервые создана объектная модель технологии, объединяющая конструкторскую и технологическую часть информации;

• впервые разработана библиотека конструктивных элементов, связанных с типовыми планами обработки с помощью настраиваемых логических условий выбора (knowledge-base machining);

• впервые ActiveX-окно конструкторской САПР 3D интегрировано в САПР технологических процессов.

На протяжении всего периода своей работы компания АСКОН известна инновациями в области автоматизации техпроцессов, трехмерного моделирования, управления инженерными данными. Система «Вертикаль» продолжает эту традицию, являясь ноу-хау АСКОН в направлении САПР-технологий. Новая система обеспечит плодотворную работу руководителей и специалистов, сделает более эффективной автоматизацию в масштабах всего предприятия.

«САПР и графика» 6'2005