9 - 2001

Современные тенденции в развитии CAD/CAM-технологий: ориентация на процессы

Алексей Пелипенко, Евгений Яблочников

Сейчас предприятия сталкиваются с рядом проблем, которые являются достаточно типичными. Во-первых, это жесткая конкуренция в борьбе за заказы, как внутренние (от других подразделений собственного предприятия), так и внешние (от сторонних заказчиков). Во-вторых, постоянное увеличение сложности изделий и, как следствие, технологической оснастки. В-третьих, сложность принятия объективных решений относительно сроков и стоимости выполнения заказов, что вызвано недостатком данных о реальных возможностях предприятия и опыте специалистов. Такое положение вещей приводит либо к завышению сроков и стоимостей (что, естественно, отталкивает потенциальных заказчиков), либо к их занижению (что вызывает убытки).

Анализ западного рынка сложной формообразующей оснастки показывает, что около 70% заказчиков требуют сокращения сроков и стоимости выполнения заказов. Кроме того, отечественным предприятиям, желающим выдерживать конкуренцию, следует знать, что 54% оснастки, время на выпуск которой составляет значительную составную часть общего времени выпуска изделий, сдается заказчику в сроки, не превышающие десяти недель (CIMdata Market Research, № 04’2000). Увы, в нашей стране пока такие темпы в большинстве случаев недостижимы.

Таким образом, основными требованиями заказчиков новых изделий и сложной оснастки в мире являются максимальное сокращение сроков выполнения заказов и снижение их стоимости при обеспечении необходимого качества. Приоритет именно фактора времени, а не стоимости обусловлен целым рядом причин. Это и необходимость снижения сроков погашения кредитов, а следовательно, и их стоимости (большинство руководителей отечественных предприятий жалуются на недостаток оборотных средств), и стремление обогнать конкурентов при патентовании авторских прав, и тот известный за рубежом факт, что первый выпустивший новое изделие захватывает около 80% рынка, и т.д.

Сокращение сроков может быть достигнуто в результате развития предприятий по следующим направлениям:

  • использование для проектирования и подготовки производства CAD/CAM/CAE-систем;
  • применение в производстве оснастки современного высокопроизводительного оборудования и эффективных технологий;
  • увеличение организационной гибкости за счет использования современных информационных и коммуникационных технологий для управления всей технической информацией.

При этом необходимо учитывать все современные тенденции развития технологий автоматизации, направленные на удовлетворение главных требований заказчиков, основными из которых являются:

  • ориентация автоматизированных систем не на решение отдельных задач, а на процессы проектирования и подготовки производства в целом, что приводит к повышению уровня специализации рабочих мест и качества работ;
  • развитие систем электронного взаимодействия с заказчиками, что улучшает кооперацию и позволяет быстро реагировать на изменяющиеся требования заказчиков и рынка;
  • необходимость поддержки методологии CALS и соответствия стандартам ISO 9000, что обусловливает потребность в системах управления технической подготовкой производства.

Внедрение современных компьютерных систем вносит значительные изменения в состав и последовательность задач, решаемых при проектировании и подготовке производства. Управление процессами проектирования и подготовки производства осуществляется с использованием PDM-систем. Компания «Би Питрон» представляет широко известную в мире PDM/CPC-систему SmarTeam (рис. 1). Эта система обеспечивает создание единого информационного пространства предприятия с любой самой сложной организационной структурой и реализацию на практике концепции расширенного предприятия, которая предусматривает включение в единую информационную среду поставщиков и заказчиков. Использование SmarTeam позволяет организовать информацию на всех этапах жизненного цикла изделия, электронный архив разрабатываемых проектов, автоматизировать документооборот, обеспечить доступ руководителям и специалистам к информации непосредственно рабочих мест, улучшить взаимодействие и взаимоконтроль при выполнении проектов, выполнять проектирование технологических процессов, расчеты трудовых и материальных нормативов, решать задачи планирования и управления на основе объективных данных и т.д. Основу системы составляет единая структура базы данных. Эта база данных, как и функциональность самой системы, определяет роль SmarTeam на предприятии с дискретными производственными процессами в качестве единого корпоративного решения (в отличие от систем, решающих лишь отдельные задачи, например проектирование технологических процессов и т.п.).

В настоящий момент интеграция CAD- и PDM-систем имеет для предприятий поистине стратегическое значение. Принципиально важной особенностью последних версий CAD/CAM Cimatron E является встроенность на уровне ее ядра PDM/CPC SmarTeam. С одной стороны, это дает явные преимущества специалистам и обеспечивает организацию коллективной работы над проектами, а с другой стороны — позволяет предприятиям не просто использовать набор специализированных модулей, но и организовать на современном уровне существующие процессы проектирования и подготовки производства в целом.

Одной из ключевых задач, решаемых при проектировании изделия, является построение его геометрических моделей. При этом используются следующие технологии:

  • проектирование изделия методами трехмерного моделирования или разработка геометрических моделей на основе документации заказчика;
  • импорт данных заказчика, представленных в виде объемных геометрических моделей, из различных CAD-систем;
  • разработка геометрических моделей на основе прототипа изделия с использованием координатно-измерительного оборудования.

Для проектирования сборочных единиц и деталей Cimatron Е предлагает развитой набор средств моделирования и геометрического анализа. Основу системы составляет гибридное геометрическое ядро, которое обеспечивает построение моделей с использованием самых современных технологий параметрического моделирования, интегрирующего в единой проектной среде средства каркасного, твердотельного и сложного поверхностного моделирования. Это обеспечивает построение геометрических форм любой сложности.

Для анализа геометрии изделий Cimatron Е предлагает не только простые инструменты размерного анализа и динамического получения сечений моделей — большой эффект дают такие специальные средства, как быстрый расчет моментов инерции, объема и массы деталей, площадей и проецированных площадей поверхностей, линий и поверхностей разъема формообразующей оснастки, моментальная генерация формообразующих поверхностей оснастки с анимацией перемещения деталей, цветовая визуализация поднутрений и значений углов уклона поверхностей моделей относительно заданных направлений разъема и др.

Эффективную реализацию другой современной технологии получения моделей — построения моделей на основе данных обмера (обратное проектирование) — обеспечивает подсистема ReEnge.

При импорте объемных геометрических моделей большинство CAD-систем для решения последующих задач требуют проведения проверки их корректности, а также корректировки и преобразования в твердотельное представление, что занимает огромное количество времени. Гибридное же ядро Cimatron Е позволяет начать решать задачи подготовки производства сразу после получения исходных данных из любой системы, даже если модели имеют щели между поверхностями. Это — исключительно важное свойство данной системы. Если же на предприятии имеются менеджеры, отвечающие за прием заказов в виде трехмерных моделей и за определение стоимости и сроков их выполнения, то можно использовать специализированную систему предварительного проектирования и оценки заказа от компании Cimatron QuickConcept, которая обеспечивает организацию диалога с заказчиком в процессе анализа технологичности изделия через Internet в реальном режиме времени.

Следующим этапом работ в Cimatron является технологическая подготовка производства, включающая в себя проектирование технологической оснастки и инструмента, документации, управляющих программ. Внутренняя организация процесса подготовки производства в Cimatron Е представлена на рис. 2, при этом мастер-деталь — это модель детали, переданная из конструкторской службы или внешним заказчиком. Данная деталь является эталоном для отслеживания инженерных изменений. Автоматическое выявление инженерных изменений в объемных геометрических моделях, поступающих от заказчика, осуществляется с помощью подсистемы QuickCompare (рис. 3), причем не имеет значения, в какой CAD-системе построена эта модель. Далее изменения отслеживаются на всех этапах рабочего процесса. При приеме исходных данных (объемных моделей) в PDM-системе автоматически создается структура проекта, соответствующая начатому процессу, а впоследствии система сама ведет специалистов от этапа к этапу. Все проектируемые документы (модели оснастки, инструмента, текстовые и графические документы, управляющие программы) хранятся в соответствующих разделах проекта, и доступ к ним осуществляется через PDM-систему.

Сначала на основе моделей изделия в соответствии с выбранным методом изготовления происходит отработка изделия на технологичность и разрабатываются модели формообразующих деталей оснастки. Максимально высокий уровень автоматизации решения этой задачи обеспечивает специализированная подсистема QuickSplit. Эта работа производится параллельно с проектированием конструкции оснастки (формокомплекта) в подсистеме MoldDesign (ее официальная версия выходит в ближайшее время). В указанной подсистеме используются все известные библиотеки стандартных изделий (Hasco, DME, EOC Normalien и др.), а при необходимости создаются собственные библиотеки. Таким образом, результатом работы системы MoldDesign является формирование конструкторской документации для собственного производства и спецификаций на заказ стандартных изделий — в случае использования стандартных библиотек. При использовании прошивных электроэрозионных станков модели формообразующих деталей являются основой для проектирования электродов в специализированной подсистеме QuickElectrode. Чертежи электродов, карты наладки станка, операционные эскизы, документы на заказ заготовок производятся в QuickElectrode полностью автоматически, в соответствии с задаваемыми настройками.

В подсистемах черчения и программирования станков ЧПУ для всех создаваемых геометрических моделей осуществляется формирование чертежно-графической и производственной документации, управляющих программ для 2,5-5-координатной обработки с визуализацией обработки и проверкой расположения траектории инструмента относительно полей допусков поверхностей детали. В этой области достижения компании Cimatron, традиционно поддерживающей все новейшие возможности современного технологического оборудования, давно признаны не только за рубежом, но и в нашей стране. Разработка постпроцессоров для станков выполняется с использованием встроенной в Cimatron Е системы IMSpost — наиболее развитой на сегодня в мире системы для разработки постпроцессоров к любым моделям оборудования с ЧПУ. Таким образом, рабочий процесс, начатый с получения мастер-детали, заканчивается выпуском комплектов конструкторской и технологической документации, которые также сохраняются в базе данных как целостный проект и могут использоваться в качестве аналогов при выполнении следующих заказов или при модификации данного изделия в процессе его жизненного цикла.

Компания Cimatron разработала описанные методы и системы, основываясь на детальном анализе потребностей мирового рынка производителей сложной формообразующей оснастки. Поэтому использование предложенных решений позволит отечественным предприятиям сделать серьезный шаг на пути к созданию конкурентоспособного производства.

«САПР и графика» 9'2001