Автоматизация проектирования и технологической подготовки производства на базе комплекса T-FLEX.
Интегрированный подход

Сергей Ксенофонтов

Комплекс T-FLEX — единая программно-технологическая платформа поддержки жизненного цикла изделия

Система параметрического проектирования T-FLEX CAD

Система T-FLEX/ТехноПро

Подготовка программ для станков с ЧПУ. Модуль T-FLEX ЧПУ

Компания АО «Топ Системы» предлагает систему

Организация электронного документооборота. Система T-FLEX DOCs

Модули прочностного и динамического анализа ИСПА и Euler

Разработка специализированных приложений

Изделие, выпущенное на современном производстве, является результатом и материальным носителем совместных усилий специалистов в области маркетинга и менеджмента, дизайнеров, проектировщиков, технологов, производственников. На этапе эксплуатации изделие возвратит весь потенциал, заложенный в него трудом сотен людей, и в конце концов уйдет в небытие, то есть цикл замкнется. Идея поддержки и сопровождения жизненного цикла изделия — это вовсе не маркетинговые изыски, а объективное требование сегодняшнего дня, ибо так направлен вектор прогресса. Наибольшего успеха в этой области в настоящий момент удалось добиться на этапе проектирования и производства изделия. Именно здесь формируется основной объем информации о продукте в целом, а также о его параметрах и особенностях изготовления, во многом определяющих эксплуатационные характеристики.

Комплекс T-FLEX — единая программно-технологическая платформа поддержки жизненного цикла изделия

Комплекс программных продуктов, распространяемый на рынке CAD/CAM/CAE/PDM-систем российской компанией АО «Топ Системы» (http://www.topsystems.ru/) под торговой маркой T-FLEX, предназначен для содействия решению задачи комплексной автоматизации процессов проектирования и производства изделий машиностроения и смежных отраслей. За десять лет работы компании пользователями систем T-FLEX стали более 1000 отечественных и зарубежных предприятий. Будучи интегрированным решением, комплекс T-FLEX выступает в роли программно-технологической платформы для поддержки и сопровождения важнейших этапов жизненного цикла изделия: проектирования и конструирования, разработки технологического процесса производства, проектирования оснастки, генерации управляющих программ для обрабатывающего оборудования.

Комплекс T-FLEX архитектурно построен по модульному принципу, с обеспечением тесной интеграции между модулями. В отличие от распространенного подхода, основанного на передаче данных между модулями с помощью экспортно-импортных операций, T-FLEX реализует интеграцию за счет низкоуровневых механизмов обмена данными. По сути, это означает работу специализированных модулей комплекса с одним и тем же объектом и исключает потребность в трансляции данных. С одной стороны, при этом гарантируется отсутствие искажений при передаче модели для работы другого модуля, с другой — изменения, внесенные в модель изделия, становятся доступными всем модулям комплекса. В полном объеме мощь этого ассоциативного механизма проявляется при реализации сквозного процесса проектирования и технологической подготовки производства изделия.

При создании трехмерной модели объекта процесс проектирования и технологической подготовки производства в системе T-FLEX упрощенно выглядит следующим образом. С помощью модуля геометрического моделирования T-FLEX CAD создается параметрическая твердотельная модель будущего изделия. Мощный инструментарий модуля позволяет получать самые сложные сборочные модели, не уступая в этом современным западным системам твердотельного моделирования. Модель представляет собой цифровой образ объекта, хранит историю создания (последовательность операций), информацию о свойствах и может быть либо сохранена в виде совокупности файлов, либо экспортирована в любой из известных форматов. По трехмерной модели изделия можно получить всю необходимую конструкторскую документацию (чертежи и спецификации) в полном соответствии с действующими российскими стандартами. Модель выступает ключевым элементом, за обработку которого отвечают остальные модули комплекса. Модуль автоматизации проектирования технологических процессов T-FLEX/ТехноПро использует геометрию модели для разработки соответствующего техпроцесса. T-FLEX ЧПУ по модели генерирует управляющую программу для обрабатывающего оборудования. Модуль T-FLEX/ИСПА разбивает модель на конечно-элементную сетку и моделирует поведение изделия под воздействием силовых и тепловых нагрузок. T-FLEX/Euler обеспечивает проведение динамического анализа конструкции. Модуль T-FLEX/Штампы позволяет по модели спроектировать штамповую оснастку, а T-FLEX/Пресс-формы автоматизирует проектирование пресс-форм для литья термопластов под давлением.

Все полученные данные сохраняются в соответствующих файлах, обеспечивая накопление информации об изделии в соответствии с технологией поддержки жизненного цикла изделия (CALS). Упомянутые файлы представляют собой электронные документы, а их хранение, редактирование и сопровождение обеспечивается системой электронного документооборота T-FLEX DOCs. Таким образом, комплекс T-FLEX позволяет охватить основные этапы жизненного цикла изделия за исключением эксплуатации и утилизации. При этом гарантируется полнота, целостность и актуальность информации об изделии, а также ее прозрачность и доступность в соответствии с предоставленными правами доступа, что является ключевыми требованиями стандартов серии ГОСТ Р 9000 «Системы качества».

Система параметрического проектирования T-FLEX CAD

Система T-FLEX CAD является ядром комплекса продуктов T-FLEX, именно в этой среде создается математический образ изделия. Разнообразие задач реального проектирования обусловливает наличие в системе полнофункционального инструментария, позволяющего получать оптимальные решения.

Принципиально можно выделить три базовые функциональности, реализованные в системе T-FLEX CAD: непараметрическое черчение (эскизирование), двухмерное параметрическое проектирование и трехмерное (твердотельное) моделирование. Данные статистических исследований подтверждают, что сегодня более половины проектировщиков используют средства двухмерного проектирования тех или иных CAD-систем. Часто это обусловлено типом решаемых задач, например отсутствием сложной пространственной геометрии, осесимметричностью, невысокой сложностью сборок и т.п. Система T-FLEX CAD предлагает для решения подобных задач функции непараметрического черчения и технологию двухмерного параметрического проектирования. Первая из указанных функций исключительно проста в освоении и представляет собой компьютеризированное черчение с поддержкой всего соответствующего арсенала средств, являющегося сегодня стандартом de facto.

Вместе с тем существует обширный класс задач проектирования, для которых характерна широкая номенклатура и вариантность исполнений. В этом случае «статичный» чертежа мало чем может помочь при создании конструкторской документации на новое исполнение или модификацию. Для решения таких задач в первую очередь и предназначена технология параметрического проектирования. В рамках этого подхода создается обобщенная модель, характеристики которой (положение и размеры геометрических элементов, количество элементов массивов, материал деталей сборки и т.п.) объявляются параметрами. Значения параметров могут быть связаны между собой аналитическими зависимостями, задавая соответствующие топологические свойства модели. Независимые параметры, значения которых не вычисляются как функции других параметров, определяют свойства модели в целом, выступая в качестве обобщенных координат пространства конфигураций модели. Данная технология легко осваивается на практике и быстро становится интуитивно понятной инженеру.

Качественно новый уровень проектирования достигается при переходе к трехмерному моделированию деталей и сборок. Технологическим фундаментом системы твердотельного моделирования T-FLEX CAD 3D является геометрическое ядро Parasolid, применяемое в известных зарубежных системах Unigraphics, SolidWorks и Solid Edge.

Система T-FLEX CAD 3D сохраняет и развивает достоинства параметрической технологии проектирования, обеспечивающей системе одну из ведущих позиций на российском рынке CAD-систем и несколько десятков тысяч пользователей. Помимо проектирования чисто машиностроительных конструкций, она успешно используется при разработке электромеханических систем, приборных устройств, мебели, одежды. Система обладает всей функциональностью, характерной для современных CAD-систем (от элементарных построений до работы с крупными сборками и оптимизации конструкции), поддерживает российские стандарты и поставляется с широким набором библиотек стандартных элементов.

Разработчики T-FLEX CAD 3D заложили в эту систему два механизма создания трехмерных моделей — построение пространственной геометрии по плоским видам (по сути, по чертежам изделия) и прямое моделирование непосредственно в трехмерном пространстве. Компания продолжает поддерживать оба подхода, предоставляя пользователям возможность делать выбор в зависимости от специфики решаемых задач и личных пристрастий.

Необходимые виды, проекции, сечения и разрезы создаются в T-FLEX CAD 3D по трехмерной модели в автоматизированном режиме. Изменения в трехмерной модели, будь то отдельная деталь или крупная сборка, приводят к соответствующим изменениям видов, проекций и обозначений размеров. Таким образом обеспечивается полная параметрическая связь между трехмерной моделью и чертежом, полученным на ее основе.

Необходимо отметить, что система T-FLEX CAD 3D относительно нетребовательна к характеристикам компьютерного оборудования и легка в освоении. Не уступая другим системам в области непараметрического черчения, T-FLEX CAD значительно повышает скорость разработки типовых проектов за счет использования механизмов параметрической ассоциативности.

Автоматизированное проектирование технологических процессов.

Система T-FLEX/ТехноПро

Этап технологической подготовки производства изделия определяет принципиальную возможность и качество изготовления, а в конечном итоге — эксплуатационные характеристики продукта, спроектированного разработчиками. Информация о технологии производства изделия является, таким образом, важнейшим элементом совокупности данных о продукте и согласно концепции CALS технологий должна быть полной, актуальной и доступной в рамках предоставленных пользователю прав.

Модуль ТехноПро предоставляет пользователям средства для автоматизации проектирования операционной технологии, охватывая все типы технологических операций. Проектирование может осуществляться в диалоговом, полуавтоматическом или автоматическом режимах. Созданный техпроцесс сохраняется в файле и представляет собой электронный документ, который можно помещать в архив, пересылать по сети, редактировать и т.п. В основе методологии проектирования техпроцесса лежит принцип обучения системы на примерах технологий, уже отлаженных на конкретном производстве. Эта работа осуществляется при участии опытного технолога. Логическая модель техпроцесса строится на основе типовых операций и переходов, выбираемых из поставляемой с системой базы данных. Логика выбора возможной операции, режимов, инструмента и т.п. задается в редакторе условий. Наполняемая таким образом база конкретных технологических процессов, характерных для данного производства, аккумулирует многолетний опыт технологической подготовки производства, накопленный на предприятии. При использовании ранее созданных моделей каждый последующий техпроцесс проектируется существенно проще и быстрее.

По разработанным техпроцессам T-FLEX/ТехноПро формирует требуемые технологические документы: операционные карты, ведомости оснастки и др. Модуль ТехноПро полностью интегрирован с T-FLEX CAD. Модель, созданная в T-FLEX CAD, предоставляет данные о своей геометрии модулю ТехноПро, а сама эта модель отображается в окне операционного эскиза. Изменения, внесенные конструктором в модель, приводят к автоматической коррекции технологии с использованием созданной технологом логической модели техпроцесса.

При необходимости модуль может снабжаться базами данных с нормативами трудоемкости, режимами обработки и нормами расхода материала. В этом случае предоставляется возможность формировать ведомости расхода материалов и определять трудоемкость как по всему изделию, так и по отдельным узлам и сборочным единицам.

Подготовка программ для станков с ЧПУ. Модуль T-FLEX ЧПУ

Современный парк обрабатывающего оборудования невозможно себе представить без станков с ЧПУ. Управляющая программа, наряду с цифровой моделью и техпроцессом, является информационным носителем истории создания и необходимых эксплуатационных характеристик изделия. Вследствие этого она становится одним из важнейших элементов совокупности информационных объектов, обеспечивающих сопровождение жизненного цикла изделия.

Модуль T-FLEX ЧПУ предоставляет возможность автоматизированного создания управляющих программ по твердотельной модели изделия. Модуль полностью интегрирован с T-FLEX CAD и обеспечивает параметрическую ассоциативность модели и управляющей программы ее изготовления. Последнее означает, что параметрические изменения, вносимые разработчиком в модель, приводят к адекватным автоматическим изменениям программы обработки, что особенно важно при оперативной отладке процесса изготовления, при производстве модификаций и исполнений изделия, при создании прототипов.

Система поставляется в двух вариантах — для 2D- и 3D-обработки — и построена по модульному принципу. T-FLEX ЧПУ 2D поддерживает электроэрозионную и лазерную обработку, сверление, токарную обработку и 2,5-координатное фрезерование. В свою очередь, T-FLEX ЧПУ 3D обеспечивает 3- и 5-координатную фрезерную обработку.

Базовый модуль системы содержит модуль генерации постпроцессоров и редактор инструмента, что позволяет пользователю самостоятельно разрабатывать необходимый инструмент. В поставку включена библиотека готовых постпроцессоров, содержащая порядка 100 постпроцессоров для большинства известных стоек управления. В стандартную комплектацию входит также эмулятор, отображающий процесс обработки без имитации съема материала.

Компания АО «Топ Системы» предлагает систему

T-FLEX NC TRACER — специализированный инструмент технолога-программиста для просмотра и редактирования готовых управляющих программ с динамическим отображением процесса удаления материала с заготовки. Система обеспечивает контроль столкновений и поломок инструмента, зарезов и иных ошибок в управляющих программах. Различные модификации — NC TRACER 2D, NC TRACER 3D, NC TRACER 5D — имитируют исполнение управляющих программ для обработок соответствующей размерности. NC TRACER позволяет осуществлять динамическое вращение и изменение масштаба изображения модели; обеспечивается совершенная визуализация с наложением теней и имитацией прозрачности. В перечне функциональных возможностей NC TRACER — создание сечений различной ориентации, разрезов, просмотр зоны контакта и многое другое. Важным преимуществом систем T-FLEX ЧПУ и NC TRACER является их адаптируемость к оборудованию заказчика и возможность настройки на необходимые машинные коды (циклы).

Организация электронного документооборота. Система T-FLEX DOCs

Для эффективного решения всего комплекса задач технического документооборота, управления проектами и сопровождения жизненного цикла изделий предназначена система T-FLEX DOCs. В стандартной поставке система работает на платформе MS SQL Server, не требует специальной организации сетевого оборудования (например, выделенного сервера) и легко масштабируется (от двух-трех до нескольких тысяч рабочих мест), позволяя охватить как отдельные подразделения, так и предприятие в целом. T-FLEX DOCs обладает гибкими механизмами управления доступом, обеспечивая регистрацию пользователей с учетом сложившейся организационной иерархии предприятия.

Система поддерживает произвольную и неограниченную по уровню вложенности структуру документов. Само понятие документа в T-FLEX DOCs максимально обобщено: файл любого типа, совокупность файлов, даже виртуальный образ бумажного документа (фактически весь набор его атрибутов: регистрационный номер, дата, исходящий номер и т.п.) рассматриваются в качестве электронного документа. Эта идеология позволяет обеспечить полное автоматизированное сопровождение жизненного цикла изделия и управление его разработкой. Примерами соответствующих электронных документов являются твердотельные модели, электронная чертежная документация, файлы и операционные формы техпроцессов, управляющие программы и т.п. Инструменты маршрутизации T-FLEX DOCs позволяют отслеживать прохождение стадий (согласования, утверждения и т.д.). Внутренняя почтовая служба T-FLEX DOCs обеспечивает управление обработкой документа, позволяя выдавать поручения в отношении этого документа и контролировать их исполнение в заданные сроки. Система позволяет автоматически формировать список состава изделия в целом и любого компонента в отдельности, а также соответствующие спецификации и ведомости. T-FLEX DOCs обеспечивает поддержку работы с версиями документов и исполнениями (вариантами) изделий.

Глубокая интеграция систем T-FLEX CAD, T-FLEX DOCs, T-FLEX/ТехноПро и T-FLEX ЧПУ позволяет рассматривать их как единый комплекс сквозного конструкторско-технологического проектирования. Уникальным достоинством T-FLEX DOCs является полная поддержка механизма параметрической ассоциативности в рамках проекта. По созданной в T-FLEX CAD сборочной модели T-FLEX DOCs формирует дерево изделия. Спроектированный в T-FLEX/ТехноПро техпроцесс автоматически связывается с файлом модели, а в проект помещается полный комплект выходных технологических документов. Изменения, вносимые в модель изделия, автоматически отражаются во всех необходимых электронных документах проекта. Проект и входящие в него документы хранятся на сетевом файловом сервере и доступны всем сотрудникам, включенным в группу разработки, что обеспечивает их коллективную работу.

Использование механизма параметрической ассоциативности в T-FLEX DOCs имеет еще одно достоинство. Выполняя интегрирующие функции на предприятии, система T-FLEX DOCs позволяет предоставить своим пользователям (как сотрудникам, так и приложениям) данные централизованных справочников, зарегистрированных в T-FLEX DOCs (материалов, инструмента, режимов обработки и т.п.). Эти данные используются, в частности, системой ТехноПро при проектировании техпроцесса. Изменения, внесенные в централизованные справочники (либо полная их замена), будут автоматически учтены во всех зависимых документах, например в техпроцессе (представьте себе, какой объем работы пришлось бы выполнить для этого вручную!).

Расширение функциональных возможностей комплекса T-FLEX.

Модули прочностного и динамического анализа ИСПА и Euler

Интегрированный подход к автоматизации проектирования и подготовки производства предполагает этап имитационного моделирования функционирования будущего изделия. Комплекс T-FLEX предоставляет широкие возможности для проведения расчетов конструкций с помощью модуля T-FLEX/ИСПА, который предназначен для решения методом конечных элементов задач линейной и нелинейной статики, динамики, малых упругопластических деформаций, термоупругости. T-FLEX/ИСПА позволяет моделировать процессы стационарной и нестационарной теплопроводности, начальной потери устойчивости, а также процессы, которые характеризуются значительными перемещениями. Модуль интегрирован в среду T-FLEX CAD и генерирует расчетную конечно-элементную модель непосредственно по твердотельной модели T-FLEX CAD. Такая архитектура позволят проводить оперативную коррекцию геометрии модели исходя из результатов расчетов, которые представляются в удобной для расчетчика форме — таблично и графически. Модуль T-FLEX/ИСПА — уникальная российская разработка, по скорости и точности расчетов соперничающая с лучшими мировыми пакетами.

Расчетный блок комплекса T-FLEX расширен за счет нового модуля, недавно включенного в его состав, — T-FLEX/Euler. Модуль Euler обеспечивает проведение автоматизированного динамического анализа многокомпонентных механических систем. Используя удобные графические функции, в привычной для инженера форме по твердотельной модели, созданной в T-FLEX CAD 3D, формируется динамическая модель объекта моделирования. Несколькими щелчками мыши определяются силовые элементы и шарниры, задаются характеристики связей и воздействия внешней среды. Задачи динамики решаются в трехмерном пространстве в общей нелинейной постановке с учетом нелинейных характеристик всех элементов механической системы. Результаты моделирования — значения ускорений, скоростей и сил — представляются по выбору в табличной, графической или визуальной (векторной) форме. Как и другие модули комплекса T-FLEX, Euler полностью поддерживает технологии параметризации и ассоциативности: параметрические изменения геометрии модели приводят к адекватному изменению расчетной схемы, что гарантирует актуальность и достоверность результатов моделирования.

Разработка специализированных приложений

Одним из принципов, заложенных в стратегию развития комплекса T-FLEX, является его открытость. Компания АО «Топ Системы» рассматривает T-FLEX CAD в качестве универсальной платформы для создания прикладных систем различного направления. Возможность обмена данными с другими программами поддерживается функциями экспорта-импорта практически во все известные форматы, характерные для CAD-систем: DXF, DWG, IGES, Parasolid, STEP, STL, WMF и др. Однако наиболее эффективно интеграция приложений с T-FLEX CAD может быть обеспечена за счет прямого доступа к внутренним функциям T-FLEX CAD и использования технологии ActiveX. Такой подход открывает широкие возможности адаптации функциональности T-FLEX CAD к особым требованиям предприятий или для решения специализированных задач.

Среди наиболее известных приложений к системе T-FLEX CAD, разработанных в рамках этой идеологии, можно выделить систему оптимизации раскроя листового материала T-FLEX/Раскрой, систему проектирования штампов для холодной листовой штамповки T-FLEX/Штампы, систему проектирования пресс-форм для литья термопластов под давлением T-FLEX/Пресс-формы. В программе T-FLEX/Пружины реализованы функции расчета и генерации чертежей цилиндрических пружин сжатия-растяжения, конических пружин, пружин кручения. Система позволяет осуществлять многовариантный расчет упругих элементов.

Для расчета и проектирования зубчатых передач создано приложение T-FLEX Расчеты/Зубчатые передачи, позволяющее осуществлять прочностной и геометрический расчет в соответствии с известными методиками. По результатам расчетов автоматически создаются параметрические модели, которые можно использовать как готовые конструкторские документы или в качестве фрагментов для дальнейшего проектирования.

Приложение T-FLEX/САПР ИМ предназначено для создания пользовательских систем автоматизации проектирования в области машиностроения. Алгоритмизация расчетных методик не требует навыков профессионального программирования и может быть выполнена в рамках как процедурно-алгоритмической, так и объектно-ориентированной методологии.

В отделах САПР различных предприятий разрабатывается множество специализированных решений. В качестве примера можно привести систему для расчета и проектирования режущего инструмента. Архитектура таких приложений обычно включает T-FLEX CAD в качестве сервера, обеспечивающего параметрический пересчет и отображение модели, и собственно расчетный модуль — приложение-клиент. Последний может быть создан в таких системах разработки приложений, как Visual C++, Delphi, Visual Basic, и даже в модуле VBA (в рамках офисных приложений, например Excel).

***

T-FLEX динамично развивается. Продукты комплекса успешно используются на десятках тысяч рабочих мест на промышленных предприятиях, в исследовательских организациях и высших учебных заведениях. Неизменной остается главная цель компании АО «Топ Системы» — предоставление клиентам современных эффективных средств и технологий комплексной автоматизации проектной и конструкторско-технологической подготовки производства для обеспечения безусловных конкурентных преимуществ. Интегрированный подход, предлагаемый компанией, позволяет предприятиям в разумные сроки внедрять самые передовые методы организации разработки изделий.

«САПР и графика» 9'2002