CAD/CAM/CAE/CAPP-системы в машиностроении

Citation preview

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

658.5(07) Д935

А.А. Дьяконов, А.Х. Нуркенов

CAD/CAM/CAE/CAPP-СИСТЕМЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ Учебное пособие

Челябинск 2017

Министерство образования и науки Российской Федерации Южно-Уральский государственный университет Кафедра технологии автоматизированного машиностроения

658.5(07) Д935

А.А. Дьяконов, А.Х. Нуркенов

CAD/CAM/CAE/CAPP-СИСТЕМЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ Учебное пособие

Челябинск Издательский центр ЮУрГУ 2017

УДК 658.512-52(075.8) + [621:658.512-52](075.8) Д935

Одобрено учебно-методической комиссией механико-технологического факультета политехнического института

Рецензенты: профессор кафедры технологии машиностроения МГТУ им. Н.Э. Баумана, д-р техн. наук А.И. Кондаков; профессор кафедры «Оборудование и технологии машиностроительного производства» ФГБОУ ВО «Тольяттинский государственный университет», д-р техн. наук И.М. Бобровский

Д935

Дьяконов, А.А. СAD/CAM/CAE/CAPP-системы в машиностроении: учебное пособие / А.А. Дьяконов, А.Х. Нуркенов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2017. – 169 с. В учебном пособии рассмотрены основные задачи СAD/CAM/CAE/CAPP-систем для машиностроительной отрасли, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Представлены принципы построения, функционирования и обеспечения современных СAD/CAM/CAE/CAPP-систем. Приведен обзор СAD/CAM/CAE/CAPP -систем верхнего и среднего уровней. Особое внимание в учебном пособии уделено системам управления данными об изделии (PDM-системы), электронной документации и системам управления жизненным циклом изделия. УДК 658.512-52(075.8) + [621:658.512-52](075.8)

© Издательский центр ЮУрГУ, 2017 2

ВВЕДЕНИЕ Дисциплина «СAD/CAM/CAE/CAPP-системы в машиностроении» относится к группе специальных дисциплин подготовки бакалавров и магистров в области технологии машиностроения и инструментального производства. Предметом изучения в ней являются технологии реализации современных методов моделирования конструкций, их поведения при определенных внешних нагрузках, технологических процессов с применением компьютерных технологий. Целью дисциплины «СAD/CAM/CAE/CAPP-системы в машиностроении» является формирование у студентов базовых знаний о применении современных технологий компьютерного моделирования для решения задач конструкторской и технологической подготовки производства. Задачи дисциплины: – освоение основных методов каркасного и твердотельного моделирования в среде современных СAD-систем; – изучение методов параметрического и ассоциативного моделирования; – применение CAM-систем для разработки управляющих программ для современных многоцелевых станков с ЧПУ; – применение CAPP-систем для разработки комплекта технологических документов для универсального оборудования и станков с ЧПУ; – изучение основ разработки постпроцессоров для современных устройств ЧПУ; – освоение метода конечных элементов и алгоритмов решения задач в системах инженерного анализа – CAE-системы; Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины: (ПК-5) способностью разрабатывать обобщенные варианты решения проектных задач, анализировать и выбирать оптимальные решения, прогнозировать их последствия, планировать реализацию проектов; (ПК-10) способностью выполнять разработку функциональной, логической, технической и экономической организации машиностроительных производств, их элементов, технического, алгоритмического и программного обеспечения на основе современных методов, средств и технологий проектирования; (ПК-17) способностью эффективно использовать материалы, оборудование, инструменты, технологическую оснастку, средства автоматизации, контроля, диагностики, управления, алгоритмы и программы выбора и расчета параметров технологических процессов, технических и эксплуатационных характеристик машиностроительных производств; (ПК-31) способностью организовывать работы по выбору технологий, инструментальных средств и средств вычислительной техники при реализации процессов проектирования, изготовления, контроля, технического диагностирования и промышленных испытаний изделий. 3

1. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Предметом этой книги являются средства автоматизации процесса проектирования технических объектов. Прежде чем говорить непосредственно о них, необходимо описать само понятие проектирования и его место в процессе жизненного цикла объектов. Создание и использование технического объекта − сложный, многостадийный, часто итеративный процесс. В самом общем виде его можно представить диаграммой (рис. 1.1). Собственно проектирование – в самом широком смысле процесс создания проекта, комплекса информации, описывающей прообраз предполагаемого или возможного объекта либо процесса. Проектирование в технике – комплекс мероприятий, обеспечивающих поиск технических решений, удовлетворяющих заданным требованиям, их оптимизацию и реализацию в виде комплекта конструкторских документов и опытного образца (образцов), подвергаемого циклу испытаний на соответствие требованиям технического задания. Любое современное сложное техническое устройство есть результат комплексного знания. Проектировщик должен знать маркетинг, экономику страны и мира, физику явлений, многочисленные технические дисциплины (радиотехнику, вычислительную технику, математику, машиностроение, метрологию, организацию и технологию производства и т. д.), условия эксплуатации изделия, руководящие технические документы и стандарты. Кроме того, следует учитывать: особенности и требования реальной жизни, коллектива, чужой опыт, умение получать и оценивать информацию. Не последним требованием к проектировщику является комплексность мышления, умение работать с большим числом организаций. Особенно это умение необходимо разработчику изделия, входящего в более сложный комплекс (например, радиостанции для судна, самолета) или связанного с другими системами (по выдаче данных, питанию, управлению и т. д.). Зачастую полный цикл проектирования называют НИОКР (Научноисследовательские и опытно-конструкторские работы, в английском языке передается как Research & Development, R&D) - комплекс мероприятий, включающий в себя как научные (дизайнерские, концептуальные и т. д.) исследования, так и производство опытных и мелкосерийных образцов продукции, предшествующий запуску нового продукта или системы в промышленное производство. Предметом приложения САПР являются опытно-конструкторские работы (ОКР) (рис. 1.2). Разберем этапы НИОКР более детально.

1.1. Техническое задание на НИР и проведение НИР Задачами этапа НИР (научно-исследовательских работ) являются: разрешение конкретных научных проблем для создания новых изделий; получение рекомендаций, инструкций, расчетно-технических материалов, ме4

тодик; определение возможности проведения конструкторских работ) по тематике НИР.

Рис. 1.1. Жизненный цикл изделия

ОКР

(опытно-

Рис. 1.2. Этапы опытноконструкторских работ

На стадии разработки технического задания на НИР используются и обрабатываются следующие виды информации: • объект исследования; • описание требований к объекту исследования; • перечень функций объекта исследования общетехнического характера;

5

• перечень физических и других эффектов, закономерностей и теорий, которые могут быть основой принципа действия изделия; • технические решения (в прогнозных исследованиях); • сведения о научно-техническом потенциале исполнителя НИР; • сведения о производственных ресурсах (применительно к объекту исследований); • сведения о материальных ресурсах; • маркетинговые сведения; • данные об ожидаемом экономическом эффекте. • Дополнительно может использоваться следующая информация: • методы решения отдельных задач и обработки информации; • общетехнические требования (стандарты, ограничения вредных влияний, требования по надежности, ремонтопригодности, эргономике и т. д.); • проектируемые сроки обновления продукции; • предложения лицензий и «ноу-хау» по объекту исследований. На последующих этапах НИР в качестве базы в основном используется уже перечисленная выше информация. Дополнительно используются: • сведения о новых принципах действия, новых гипотезах, теориях, результатах НИР; • данные экономической оценки, моделирования основных процессов, оптимизации многокритериальных задач, макетирования, типовых расчетов, ограничений; • требования к информации, вводимой в информационные системы, и т. д. По итогам выполнения НИР производятся: • обобщение результатов предыдущих этапов работ; • оценка полноты решения задач; • разработка рекомендаций по дальнейшим исследованиям и проведению ОКР; • разработка проекта ТЗ на ОКР; • составление итогового отчета; • приемка НИР комиссией. Результатом НИР является достижение научного, научно-технического, экономического и социального эффектов. Научный эффект характеризуется получением новых научных знаний и отражает прирост информации, предназначенной для «внутринаучного» потребления. Научно-технический эффект характеризует возможность использования результатов выполняемых исследований в других НИР и ОКР и обеспечивает получение информации, необходимой для создания новой продукции. Экономический эффект характеризует коммерческий эффект, полученный при использовании результатов прикладных НИР. Социальный эффект проявляется в улучше6

нии условий труда, повышении экономических характеристик, развитии культуры, здравоохранения, науки, образования.

1.2. Порядок выполнения и эффективность ОКР После завершения прикладных НИР при условии положительных результатов экономического анализа, удовлетворяющего фирму с точки зрения ее целей, ресурсов и рыночных условий, приступают к выполнению опытно-конструкторских работ (ОКР). ОКР – важнейшее звено материализации результатов предыдущих НИР. Ее основная задача – создание комплекта конструкторской документации для серийного производства. ОКР, собственно, и является этапом проектирования изделия. Основные этапы ОКР достаточно четко регламентируются, в частности на территории Российской Федерации – стандартом ГОСТ 15.001– 88 «Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно – технического назначения», и представляют собой следующее: • разработка ТЗ на ОКР; • техническое предложение; • эскизное проектирование; • техническое проектирование (конструирование); • разработка рабочей документации для изготовления и испытаний опытного образца; • предварительные испытания опытного образца; • государственные (ведомственные, внутрикорпоративные) испытания опытного образца; • отработка документации по результатам испытаний. Основные задачи и состав работ по выполнению ОКР представляют собой следующие положения: • разработка ТЗ на ОКР; • составление проекта ТЗ заказчиком; • проработка проекта ТЗ исполнителем; • установление перечня контрагентов и согласование с ними частных ТЗ; • согласование и утверждение ТЗ. На этом этапе важно отметить одно обстоятельство: проработка ТЗ выполняется исполнителем, а не заказчиком, как зачастую ложно представляют некоторые неспециалисты. Техническое предложение. ТП является основанием для корректировки ТЗ и выполнения эскизного проекта. В ходе разработки ТП осуществляется выявление дополнительных или уточненных требований к изделию, его техническим характеристикам и показателям качества, которые не могут быть указаны в ТЗ: • проработка результатов НИР; 7

• проработка результатов прогнозирования; • изучение научно-технической информации; • предварительные расчеты и уточнение требований ТЗ. Эскизное проектирование. ЭП служит основанием для технического проектирования, и в его ходе производятся определение и разработка принципиальных технических решений: • выполнение работ по этапу технического предложения, если этот этап не проводится; • выбор элементной базы разработки; • выбор основных технических решений; • разработка структурных и функциональных схем изделия; • выбор основных конструктивных элементов; • метрологическая экспертиза проекта; • разработка и испытание макетов. Этап ЭП и является собственно проектированием, в отличие от следующего за ним этапа технического проектирования, который часто называют конструированием. Результатом этапа является эскизный проект, который разрабатывают с целью установления принципиальных (конструктивных, схемных и др.) решений изделия, дающих общее представление о принципе работы и (или) устройстве изделия, когда это целесообразно сделать до разработки технического проекта или рабочей документации. На стадии разработки эскизного проекта рассматривают варианты изделия и (или) его составных частей. При разработке эскизного проекта выполняют работы, необходимые для обеспечения предъявляемых к изделию требований и позволяющие установить принципиальные решения. Техническое проектирование. Технический проект разрабатывают с целью выявления окончательных технических решений, дающих полное представление о конструкции изделия, когда это целесообразно сделать до разработки рабочей документации. Задачей ТП является окончательный выбор технических решений по изделию в целом и его составным частям: • разработка принципиальных электрических, кинематических, гидравлических и других схем; • уточнение основных параметров изделия; • проведение конструктивной компоновки изделия и выдача данных для его размещения на объекте; • разработка проектов технических условий (ТУ) на поставку и изготовление изделия; • испытание макетов основных приборов изделия в натурных условиях. При необходимости технический проект может предусматривать разработку вариантов отдельных составных частей изделия. В этих случаях вы8

бор оптимального варианта осуществляется на основании результатов испытаний опытных образцов изделия. Существуют два принципиально различающихся метода проектирования – «снизу вверх» и «сверху вниз». При проектировании «снизу вверх» конструкция создается аналогично процессу сборки из отдельных деталей и комплектующих, то есть предварительно созданные проекты деталей объединяются в единую конструкцию. При работе в стиле «сверху вниз» сначала создается проект общего вида изделия, затем он последовательно наполняется детализированными проектами его элементов. При разработке технического проекта выполняют работы, необходимые для обеспечения предъявляемых к изделию требований и позволяющие получить полное представление о конструкции разрабатываемого изделия, оценить его соответствие требованиям технического задания, технологичность, степень сложности изготовления, способы упаковки, возможности транспортирования и монтажа на месте применения, удобство эксплуатации, целесообразность и возможность ремонта и т. п. На стадии технического проекта не повторяют работ, проведенных на предыдущих стадиях, если они не могут дать дополнительных данных. Напротив, при разработке технического проекта могут быть использованы отдельные документы, разработанные на предыдущих стадиях, если эти документы соответствуют требованиям, предъявляемым к документам технического проекта, или если в них внесены изменения с целью обеспечения такого соответствия. Завершается техническое проектирование этапом выпуска рабочей документации. Рабочая документация. Изначально производятся разработка рабочей документации для изготовления и испытания опытного образца, формирование комплекта конструкторских документов в следующей последовательности: • разработка полного комплекта рабочей документации; • согласование ее с заказчиком и заводом – изготовителем серийной продукции; • проверка конструкторской документации на унификацию и стандартизацию; • изготовление в опытном производстве опытного образца; • настройка и комплексная регулировка опытного образца. Испытания и доводка. Предварительные испытания проводятся с целью проверки соответствия опытного образца требованиям ТЗ и определения возможности его предъявления на окончательные (государственные, ведомственные или внутрикорпоративные) испытания. Предварительные испытания включают в себя: • стендовые испытания; • предварительные испытания на объекте; 9

• испытания на надежность. Окончательные испытания проводят с целью оценки соответствия требованиям ТЗ и возможности организации серийного производства. После отработки документации по результатам серийных испытаний и внесения необходимых уточнений и изменений в рабочую документацию она передается на производство заводу-изготовителю. На этом проектный цикл завершается, и начинается производственный.

Контрольные вопросы 1. В каком порядке выполняются следующие этапы по проектированию технических объектов: • опытно-конструкторская работа; • изготовление опытных образцов; • научно-исследовательская работа; • испытания и приемка; • разработка технической документации. 2. В чем суть проектирования методами «сверху вниз» и «снизу вверх»? 3. Кем разрабатывается ТЗ на ОКР и почему? 4. Какой этап предшествует техническому проектированию? 5. Назовите основные этапы опытно-конструкторских работ.

2. ЗАДАЧИ И ВИДЫ СAD/CAM/CAE/CAPP-СИСТЕМ Средства автоматизации проектирования имеют своей задачей повышение эффективности труда инженеров. При создании любой технической системы необходимо стремиться к экономии трех категорий трудозатрат: прошлого, или овеществленного, труда; настоящего, или живого, труда; будущего труда, связанного с развитием системы. Основной целью создания систем компьютеризации инженерной деятельности является экономия живого труда проектировщиков, конструкторов, технологов, инженеровменеджеров для повышения эффективности процесса проектирования и планирования, а также для улучшения качества результатов этой деятельности. Однако экономия живого труда инженеров должна достигаться не любой ценой, а с учетом необходимости экономии труда, вложенного в программные средства ее разработчиками. Кроме того, каждая система имеет определенный жизненный цикл возникновения, развития и снятия с эксплуатации. Поэтому необходимо учитывать трудозатраты и на последующее (после создания) внедрение и совершенствование системы. Проводя аналогию с материальным производством, можно сказать, что в области автоматизации инженерного труда имеется основное производство, связанное с разработкой конструкторских и технологических проек-

10

тов, а также планов управления, и вспомогательное производство, связанное с созданием и сопровождением собственно программных средств. В этой связи цели компьютеризации инженерной деятельности следует разбить на две группы: основные и вспомогательные. Основные цели связаны с сокращением трудоемкости проектирования и планирования, а также их себестоимости, длительности цикла «проектирование – изготовление» затрат на натурное моделирование проектируемых объектов (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Основные цели и методы автоматизации проектирования

Трудоемкость измеряется чистым временем, традиционно в человекочасах, затрачиваемым на разработку и корректировку технической документации, без учета ожиданий по организационно-техническим причинам. 11

Как следует из диаграммы, для сокращения трудоемкости необходимо располагать средствами автоматизации оформления графической и текстовой документации, средствами информационной поддержки и автоматизации принятия решений. Длительность цикла измеряется календарным временем от получения задания до его завершения с учетом всех ожиданий по организационнотехническим причинам. Сокращение длительности цикла «проектирование – изготовление» обеспечивается с помощью средств совмещенного проектирования и виртуальных бюро. Концепция виртуального бюро появилась относительно недавно. Виртуальное бюро представляет собой организационно-техническую структуру, способную обеспечивать совместную работу бригады специалистов, разнесенных географически и во времени, чье объединение может носить временный характер. Виртуальное бюро может быть распределено в нескольких местах, которые могут находиться в различных странах и даже континентах и включать участников из разных временных поясов. Бригады специалистов объединяются в виртуальное бюро с целью создания новых изделий. Концепция виртуального бюро возникла в ответ на потребности развития современной глобальной рыночной экономики и новых возможностей высокоэффективных информационных технологий. Здесь можно выделить несколько ключевых факторов. • Необходимость резкого сокращения длительности цикла от замысла изделия до выпуска его на рынок приводит к созданию бригад инженеров, обеспечивающих реализацию всех этапов жизненного цикла изделия совместно. Поддержка работы таких междисциплинарных бригад требует новой информационной технологии. • Обеспечение соответствия изделия всем требованиям потенциальных потребителей и сокращения до минимума времени подготовки производства требует подключения к процессу проектирования, как потребителей, так и поставщиков комплектующих. При этом нецелесообразно собирать в одном месте конструкторов комплектующих изделий, системных интеграторов и потребителей. • Необходимость учета местных условий приводит к целесообразности привлечения проектировщиков, работающих в условиях рынка, для которого предназначается изделие. При этом нецелесообразно их перемещать для работы над проектом в другое место. • Не всегда возможно найти высококвалифицированных специалистов разного профиля в одном месте. Сокращение себестоимости проектирования достигается за счет использования ранее созданных и унифицированных проектных и конструкторских решений, которые могут быть собраны в библиотеки и базы знаний. Таким же образом обеспечивается создание вариантов и модификаций изделий. 12

Улучшение качества результатов проектирования относится к основным целям компьютеризации инженерной деятельности и связано с необходимостью достижения уровня лучших образцов в классе проектируемых объектов. Улучшение качества проектов достигается использованием автоматизированного поискового и многовариантного проектирования, применением математических методов оптимизации параметров и структуры объектов и процессов. Уровень изделий определяется существенными признаками, свойствами, структурами или функциями их как технических систем. Наиболее современным методом оптимизации является применение генетических алгоритмов, позволяющих проводить как структурную, так и параметрическую оптимизацию изделий при произвольном виде критериальной функции. Унификация проектных решений выполняется за счет адаптированных к условиям каждого предприятия баз данных и знаний. Стратегическое проектирование – это метод создания и ведения долгосрочных проектных программ, начинающихся с разработки базового изделия, которое затем подвергается постепенным модификациям и усовершенствованиям с целью удовлетворения текущих и учета будущих требований пользователей в течение длительного периода времени. Сущность стратегического проектирования заключается в постоянном отборе и оценке концепций (прежде всего определяющих архитектуру и технологии изготовления) с целью поиска решений, обеспечивающих наилучшее удовлетворение краткосрочных и долгосрочных требований потребителей. Основная цель – обойти коммерческие и (или) технологические тупики в процессе быстрых изменений условий и технологий на рынке. К затратам на натурное моделирование относят затраты на проектирование и изготовление макетных образцов изделий и их узлов, их испытания на стендах, в аэродинамических трубах и т. д. Сокращение этих затрат может быть достигнуто за счет его полной или частичной замены математическим моделированием. К вспомогательным целям автоматизации проектирования относятся сокращение трудоемкости разработки программных средств, трудозатрат на их адаптацию к условиям эксплуатации при внедрении, а также их сопровождения, то есть ее модификации, обусловленной необходимостью устранения выявленных ошибок и (или) изменения функциональных возможностей (рис. 2.2). Средством сокращения трудоемкости адаптации систем к условиям эксплуатации на конкретном предприятии с учетом стандартов этого предприятия, а также традиций и принципов принятия проектных решений являются системы управления базами данных и знаний, ориентированные на конечного пользователя. 13

Рис. 2.2. Вспомогательные цели и методы автоматизации проектирования

Это означает, что упомянутые системы должны быть оснащены средствами описания и манипулирования данных, доступными пользователю без навыков программирования.

2.1. Классификация СAD/CAM/CAE/CAPP-систем Как говорилось в предыдущей главе, инженерная деятельность (ИД) может быть подразделена на несколько последовательных этапов: проектирование, конструирование, подготовка и организация производства. Соответственно, и средства автоматизации ИД имеют ставшую уже традиционной классификацию, подразделяющую их по целевому назначению: • средства собственно проектирования CAD (Computer Aided Design); • средства инженерного анализа CAE (Computer Aided Engineering); • средства подготовки автоматизированного производства CAM (Computer Aided Manufacturing); • средства планирования технологических процессов CAPP (Computer Aided Process Planning); • средства управления документооборотом PDM (Product Document Management); • геоинформационные системы GIS (Geolnformatics Systems). 14

В свою очередь, внутри всего множества CAD-решений принято выделять по отраслевому назначению: • машиностроительные CAD – MCAD (Mechanical Computer Aided Design); • СAD/CAM/CAE/CAPP-системы электронных устройств, EDA (Electronic Design Automation); • архитектурно-строительные САПР, AEC (Architecture Engineering and Construction). А продукты CAE, соответственно, делятся на системы: • прочностных расчетов (в основном средствами МКЭ – метода конечных элементов); • тепловых расчетов; • вычислительной гидроаэродинамики (CFD, Computational Fluid Dynamics); • кинематического анализа; • механической симуляции (MES, Mechanical Event Simulation); • симуляции процессов литья и обработки давлением; • электромагнитных и электродинамических расчетов; • оптимизирующие. В зависимости от обстоятельств и текущей задачи СAD/CAM/CAE/CAPP-системы также классифицируют по другим признакам: 1) разновидности и сложности объектов проектирования: • СAD/CAM/CAE/CAPP-системы низкосложных объектов (количество составных частей – до 100); • СAD/CAM/CAE/CAPP-системы среднесложных объектов (100–10 000); • СAD/CAM/CAE/CAPP-системы высокосложных объектов (выше 10 000); 2) уровню автоматизации: • низкоавтоматизированные (до 25% проектных процедур автоматизировано); • среднеавтоматизированные (25–50%); • высокоавтоматизированные (50–75%); 3) уровню комплексности: • одноэтапные (один этап проектирования); • многоэтапные (несколько этапов); • комплексные (весь процесс создания изделия); 4) характеру и числу выпускаемых проектом документов: • СAD/CAM/CAE/CAPP-системы низкой производительности (100– 10 000 проектных документов в пересчете на формат А4 за год); • СAD/CAM/CAE/CAPP-системы средней производительности (10 000–100 000); 15

• СAD/CAM/CAE/CAPP-системы высокой производительности (100 000 и выше). СAD/CAM/CAE/CAPP-системы также принято группировать по так называемым обеспечениям.

2.2. Виды обеспечения СAD/CAM/CAE/CAPP-систем Обеспечение СAD/CAM/CAE/CAPP-систем включает в себя: теорию процессов, происходящих в схемах и конструкциях; методы анализа и синтеза конструкций, систем и их составных частей, их математические модели; математические методы и алгоритмы численного решения систем уравнений, описывающих конструкции. Указанные компоненты составляют ядро СAD/CAM/CAE/CAPP-систем. В обеспечение данных систем входят также алгоритмические специальные языки программирования, терминология, нормативы, стандарты и другие данные. Разработка комплекса обеспечения требует специальных знаний в областях применения СAD/CAM/CAE/CAPP-систем. Следовательно, разработка обеспечения – прерогатива специалистов в предметной области. Обычно в качестве обособленных блоков в обеспечении СAD/CAM/CAE/CAPP-систем выделяются: 1. Математическое обеспечение (МО) – совокупность математических методов, моделей и алгоритмов проектирования, представленных в заданной форме. МО при автоматизированном проектировании в явном виде не используется, а применяется производный от него компонент – программное обеспечение. Вместе с тем разработка МО является самым сложным этапом создания СAD/CAM/CAE/CAPP-систем, от которого при использовании условно одинаковых технических средств в наибольшей степени зависят производительность и эффективность функционирования СAD/CAM/CAE/CAPPсистем в целом. МО любых СAD/CAM/CAE/CAPP-систем по назначению и способам реализации делится на две части. Первую составляют математические методы и построенные на их основе математические модели, описывающие объекты проектирования или их части или вычисляющие необходимые свойства и параметры объектов. Вторую часть составляет формализованное описание технологии автоматизированного проектирования. В составе любой СAD/CAM/CAE/CAPP-системы эти части МО должны органично взаимодействовать. Способы и средства реализации первой части МО наиболее специфичны в различных СAD/CAM/CAE/CAPP-системах и зависят от особенностей процесса проектирования. Развитие и совершенствование методов в данной части – процесс постоянный. Создание СAD/CAM/CAE/CAPP-систем стимулирует эти работы, и прежде всего в части разработки оптимизационных методов проектирования. 16

Вторая часть МО – формализация процессов автоматизированного проектирования в комплексе – является более сложной задачей, чем алгоритмизация и программирование отдельных проектных задач, так как необходимо формализовать всю логику технологии проектирования, в том числе логику взаимодействия проектировщиков друг с другом с использованием средств автоматизации. Указанные проблемы решались и решаются в настоящее время эмпирическим путем, главным образом методом проб и ошибок. Следовательно, МО СAD/CAM/CAE/CAPP-систем должно описывать во взаимосвязи объект, процесс и средства автоматизации проектирования. 2. Техническое обеспечение (ТО) – совокупность связанных и взаимодействующих технических средств, обеспечивающих работу СAD/CAM/ CAE/CAPP-систем. Техническое обеспечение СAD/CAM/CAE/CAPP-систем включает устройства вычислений и организационной техники, средства передачи данных, измерительную технику, устройства подготовки данных и организации архивов. В настоящее время большинство практически действующих СAD/CAM/CAE/CAPP-систем строятся на базе локальных вычислительных сетей. 3. Программное обеспечение (ПО) – совокупность машинных программ, необходимых для осуществления процесса проектирования, включающее системное и прикладное ПО. В программном обеспечении СAD/CAM/CAE/CAPP-систем выделяют: • общесистемное программное обеспечение (базовая операционная система + мониторные системы СAD/CAM/CAE/CAPP-системы); • пакеты прикладных программ (комплексы программных средств, ориентированных на решение задач в определенной области); • системы программирования (совокупность средств написания текстов, трансляции и отладки программ пользователя). 4. Информационное обеспечение (ИО) – совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования. Включает СУБД (Систему управления базами данных), саму базу данных и базу знаний. К информационному обеспечению предъявляются следующие требования: 1) адекватность информации состоянию предметной области; 2) массовость использования (коллективный доступ); 3) быстродействие (время реакции на запрос); 4) производительность (количество запросов, выполняемых в единицу времени); 5) возможность расширения; 6) надежность и защита информации. ИО СAD/CAM/CAE/CAPP-систем состоит из описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий и их моделей, материалов, числовых значений параметров и других данных. Эти данные в закодированной форме записываются 17

на машинных носителях. Кроме того, в ИО СAD/CAM/CAE/CAPP-систем входят правила и нормы проектирования, содержащиеся в соответствующей нормативно-технической документации, а также информация о правилах документирования результатов проектирования. Структура и содержание ИО СAD/CAM/CAE/CAPP-систем, а также характер его использования зависят от степени развития банка данных (БД). В БД можно выделить существенные части, играющие различную роль в процессе проектирования: Справочник содержит справочные данные о ГОСТах, нормалях, унифицированных элементах, ранее выполненных типовых проектах. Эта часть изменяется наименее часто, характеризуется однократной записью и многократным считыванием и называется постоянной частью БД. Проект содержит сведения об изделии, находящемся непосредственно в процессе проектирования. В проект входят результаты решения проектных задач, полученные к текущему моменту (различного типа геометрические модели, схемы, спецификации и т. п.). Проект пополняется или изменяется по мере завершения очередных итераций на этапах проектирования и конструирования. Часто справочник и проект объединяют под общим названием архив. 5. Лингвистическое обеспечение (ЛО) – совокупность языков проектирования, включая термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания текстов. В свою очередь, лингвистическое обеспечение СAD/CAM/CAE/CAPPсистем подразделятся на языки программирования, проектирования и управления. Языки программирования служат для разработки и редактирования системного и прикладного программного обеспечения СAD/CAM/CAE/CAPPсистем. Они базируются на алгоритмических языках – наборе символов и правил образования конструкций из этих символов для задания алгоритмов решения задач. Совокупность языка программирования и соответствующего ему языкового процессора называют системой программирования. Языки проектирования – это проблемно-ориентированные языки, служащие для обмена информацией об объектах и процессе проектирования между пользователем и компьютером. Языки управления служат для формирования команд управления технологическим оборудованием, устройствами документирования, периферийными устройствами. Существуют различные уровни языков программирования: высокие, более удобные для пользователя, и низкие, близкие к машинным языкам. 6. Методическое обеспечение (МТО, или МетО) – совокупность документов, устанавливающих состав, правила отбора и эксплуатации средств обеспечения системы. 18

7. Организационное обеспечение (ОО) – совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связь между подразделениями, а также форму представления результатов проектирования и порядок рассмотрения проектных документов. Полноценное функционирование СAD/CAM/CAE/CAPP-систем возможно только при наличии и взаимодействии всех перечисленных обеспечений. Для пользователей ТО и ПО выступают, как единое целое, образуя инструмент проектирования, поэтому говорят, что в СAD/CAM/CAE/CAPPсистемах можно выделить программно-методический комплекс – совокупность ПО и МетО – и программно-технический комплекс – совокупность ПО и ТО.

Контрольные вопросы 1. Перечислите основные цели автоматизации проектирования. 2. Назовите основные методы уменьшения трудоемкости инженерного труда. 3. Какими методами достигается улучшение качества проектирования? Какие из перечисленных методов используются для сокращения трудоемкости проектных работ: • автоматизация оформления проектной документации; • совмещенное (параллельное) проектирование; • вариативное проектирование и оптимизация. 4. Какие из перечисленных задач автоматизации проектных работ могут противоречить друг другу: • сокращение трудоемкости проектирования; • сокращение себестоимости проектирования; • сокращение цикла проектирование – изготовление; • улучшение качества проектирования. 5. Назовите основные виды обеспечения СAD/CAM/CAE/CAPP-систем.

3. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ СAD/CAM/CAE/CAPPСИСТЕМ 3.1. Система MASTERCAM Mastercam – CAD/CAM – система для программирования фрезерной, токарной, токарно-фрезерной и электроэрозионной обработки, а также деревообработки, гравировки, раскроя и резки листового материала на соответствующем оборудовании с ЧПУ. Разработчик – известная американская компания CNC Software, более четверти века посвятившая созданию и совершенствованию системы Mastercam. Mastercam обеспечивает максимальную интеграцию с большинством популярных форматов данных систем CAD/CAM. При сохранении файлов возможно сохранение всех или только некоторых элементов определенно19

го формата, а также добавление в файл поясняющего текста и схематического изображения геометрии. Есть возможность импортирования и экспортирования файлов в один из выбранных каталогов, а также объединения данных в текущий файл из файла шаблона. Некоторые функции анализа обеспечивают получение отчета, который может быть сохранен в файле. Имеются функции по созданию простейших элементов, кривых поверхностей, обработки чертежей. Однако возможности выбора способа обработки и описания станка ограничены установленными пакетами Mastercam. Например, необходимо иметь лицензию на пакет MastercamMill (фрезерование) для возможности выбора описания фрезерного станка из этого меню. Используя описание конкретного станка, можно создать и изменить траектории обработки необходимые для изготовления детали. Сегодня Mastercam позиционируется как универсальный, мощный, легкий в использовании и сравнительно недорогой пакет с очень хорошей историей непрерывного развития. Первоначально Mastercam позиционировался в качестве продукта для малых и средних производственных предприятий, которые оснащены станками с ЧПУ, имеют скромные бюджеты и получают заказы от компаний, применяющих разные CAD-системы. Mastercam был ориентирован на решение каждодневных задач программирования обработки. Mastercam предлагает для конструкторов и технологов-программистов станков с ЧПУ решения для фрезерной, токарной, электроэрозионной обработки, плазменной и лазерной резки, раскрою листового материала, штамповки. Предлагаемые решения имеют свои инструменты для 3Dконструирования и создания эскизов и чертежей, а также специфические стратегии обработки. Заказчиками компании являются как малые фирмы, так и большие производственные предприятия, в том числе Boeing, IBM, Sikorsky, ФГУП НПО «Аврора», ФГУП «НПЦ газотурбостроения «САЛЮТ». Mastercam локализован на 15 языках, включая русский. Mastercam обеспечивает CAD/CAM-инструментами для всех видов программирования – от простых до очень сложных. В системе есть всё необходимое для производства – фрезерная обработка от двух до пяти осей, токарная, токарно-фрезерная обработка, проволочная электроэрозия, деревообработка, художественное моделирование и сложная 3D-гравировка. Mastercam Design позволяет импортировать данные из всех известных CAD-систем, а также проектировать свободные пространственные 3Dформы, используя весь необходимый для этого набор инструментов, включая каркасное и поверхностное моделирование, твёрдотельное моделирование, свободное гибридное моделирование, черчение и автоматическое получение эскизов и чертежей. Выбор того или иного модуля Mastercam зависит от того, для решения каких задач его предполагается использовать. 20

3.2. Система PowerMILL PowerMILL является основным пакетом в программной линейке Delcam. PowerMILL предназначен для разработки управляющих программ для 3- осевых и многоосевых фрезерных станков с ЧПУ. Рассмотрим основные области применения данной системы. 1. Инструментальное производство. Обработка формообразующей оснастки – литьевые формы для металла и пластмасс, модельная оснастка, штампы и прочее – самая сильная сторона PowerMILL. Здесь важно качество поверхности и отсутствие зарезов. Оптимизация программ и современные стратегии обработки, где не тратится время на холостые ходы, позволяют сократить время обработки по сравнению с традиционными подходами к программированию в других системах. 2. Современные станки с ЧПУ. Современный высокоскоростной станок с ЧПУ требует другого подхода к программированию обработки. Переход от традиционного силового резания к высокоскоростному не только увеличивает производительность и качество обработки, но и продлевает срок службы станка и инструмента. PowerMILL одна из первых систем предложивших новый подход к программированию обработки. В настоящее время функционал в данной области значительно улучшился и расширился, в дополнение к имеющимся функциям высокоскоростного фрезерования добавилось так называемое вихревое фрезерование (Vortex технология), а также запатентованная технология DNA, которая позволяет на основе микротестов определить оптимальные технические возможности станка по обработке. 3. Многоосевая обработка. Долгие годы многоосевая обработка применялась в аэрокосмической промышленности вследствие обработки специфических форм деталей и дороговизне станочного оборудования, однако в последнее время данный вид обработки стал применяться и в других областях, например в инструментальном производстве, что позволило исключить создание дополнительных приспособлений, а также эрозионную обработку при больших вертикальных стенках. Многоосевая обработка предполагает одновременное движение станка по более чем трем осям, что предъявляет дополнительные требования к безопасности траектории. PowerMILL обладает многочисленными функциями для создания многоосевых траекторий, отличительными из них являются: автопредотвращение столкновений, сглаживание наклона фрезы, ручное редактирование оси наклона фрезы и т.д. Лопатки, моноколеса, крыльчатки и прочие подобные изделия. Последние разработки Delcam, выполненные совместно с производителями авиационных двигателей и заложенные в новый модуль по обработке лопаток вывели PowerMILL в ли21

деры в этой области. До появления данного модуля пользователю приходилось программировать изделия в ручном режиме: подбирать нужную стратегию, строить вспомогательные поверхности, что занимало несколько часов работы. Новый модуль обеспечивает простоту и удобство в работе, т.к. созданы специальные стратегии, где пользователю достаточно произвести выбор данных по CAD модели и назначить нужные опции обработки. В системе можно выделить следующие виды обработки. 1) 5-осевая позиционная обработка («3+2» фрезерование). При «3+2» обработке поворотные движения выполняются вне процесса резания. Это как бы набор 3-осевых траекторий, выполняемых для разного положения оси инструмента. В данном случае жесткость технологической системы существенно выше. Отличие от 3-осевого варианта здесь состоит в том, что можно использовать более короткий инструмент для работы вблизи высоких стенок и для обработки поднутрений. Для более короткого инструмента можно использовать более высокие скорости обработки без потери точности. Кроме того, можно использовать инструмент меньшего диаметра, что сокращает объем последующих доработок и ручных операций и в ряде случаев позволяет исключить электроэрозионную обработку. Еще одним положительным моментом, который обусловлен наклоном инструмента, является то, что резание в этом случае осуществляется периферийной частью инструмента (вершина инструмента, где условия резания наихудшие, выведена из обработки), а это улучшает качество поверхности и увеличивает стойкость инструмента. Есть и еще один аргумент в пользу позиционной, а не непрерывной 5осевой обработки – это высокоскоростная обработка. Если поворотные оси работают как установочные, то шпиндельная головка (или стол) фиксируется до начала резания, поэтому в процессе резания можно использовать режимы, характерные для этого вида обработки. К тому же фиксированное положение системы координат позволяет легче и, главное, быстрее контролировать возможность столкновений или зарезаний, а для непрерывной 5 осевой обработки такие расчеты более трудоемки. 2) 5-осевое сверление. Значительная экономия времени достигается и при сверлении множества отверстий, оси которых имеют различную ориентацию в пространстве. На первый взгляд сверление, кажется, более простой операцией по сравнению с фрезерованием, но практика показывает, что при ручном перепозиционировании изделия для 3-осевого сверления часто возникают ошибки, приводящие к браку изделия. В свою очередь, 5-осевое сверление выполняется автоматически, что увеличивает производительность и устраняет ошибки. Кроме того, современные CAD-системы (например, PS–MoldMaker фирмы Delcam plc) могут передавать информацию об отверстиях в CAM22

систему в виде списка. Такая информация включает не только координаты и расположение оси отверстия, но и его тип, и на ее основе PowerMILL может назначить стратегию и режимы сверления автоматически для всего списка. PowerMILL содержит технологии, специально разработанные для обычного и высокоскоростного фрезерования, такие как сплайновая обработка. Это позволяет сократить время механообработки и повысить качество обрабатываемой поверхности. В PowerMILL могут быть импортированы разнообразные форматы файлов из разных приложений включая IGES, VDA, STL, SDRC IDEAS, ProE, SolidWorks, SolidEdge, Cimatron, CATIA, Unigraphics и Parasolids. PowerMill может использовать данные низкого качества, позволяя выполнить механическую обработку, даже когда есть разрывы в поверхности. Когда эти разрывы больше заданных, то инструмент поднимается на безопасную высоту, если он меньше заданного, то инструмент проходит этот промежуток и продолжает механическую обработку. Черновая обработка осуществляется послойно, для этого имеется набор стратегий обработки – по растру и профилю (с заданием угла растра, профильный проход возможен до, после или в процессе растровых ходов), смещением контура, только по профилю (обычно используется для заготовок типа отливок или штамповок). Поддерживаются различные типы заготовок: • параллелепипед; • заготовка произвольной формы (импортированная модель); • результат вытяжки контура, при этом контур может быть импортирован, создан из границы или просто нарисован мышью. PowerMILL автоматически оптимизирует длину траекторий, сводя к минимуму число перемещений инструмента. При обработке карманов каждый из них обрабатывается с оптимальным углом растра. PowerMILL позволяет учесть условия резания и использовать попутное или встречное фрезерование. Обработка карманов. Последовательность обработки карманов оптимизируется для уменьшения числа холостых перемещении инструмента. Обработка пологих участков. Обработка зон, имеющих наклон не более заданного значения. Это достигается технологией использования границ. Эта технология часто используется в сочетании с обработкой с постоянной Z, что дает хорошее качество поверхности по всей модели и оптимальные по времени траектории. Спиральная обработка обычно используется для круглых изделий при высокоскоростной обработке. Для нее характерна низкая нагрузка на инструмент, хорошее качество поверхности и плавность хода.

23

Радиальная обработка. При этом виде обработки инструмент движется от центра к периферии или наоборот. Наиболее эффективна для изделий типа колец. Угол не обязательно равен 360°. Доработка инструментом меньшего радиуса снимает припуск только там, где он остался после обработки большим инструментом. Возможно последовательное применение для нескольких инструментов. Существенно снижает общее время обработки за счет рационального выбора инструмента.

3.2.1. Адаптация к конкретному оборудованию Большинство 5-осевых станков имеет 3 линейные (X, Y и Z) и 2 поворотные оси. Несмотря на большое разнообразие станков, их можно свести к следующим компоновкам: 1. «Стол–стол» – поворот по обеим осям осуществляет стол. В этой компоновке ось инструмента не меняется. Для программирования следует знать положение заготовки относительно поворотных осей. 2. «Головка–головка» – поворот по обеим осям осуществляет шпиндельная головка. При этой компоновке заготовка остается фиксированной, поэтому для программирования надо знать положение кромки инструмента относительно поворотных осей и длину инструмента. 3. «Стол–головка» – поворот по одной оси выполняет стол, а по второй – шпиндельная головка. В этом случае ориентация и инструмента и заготовки меняется, так что для программирования нужно знать положение вершины инструмента относительно поворотной оси головки (а значит, и длину инструмента) и положение заготовки относительно поворотной оси стола. На 3-осевых станках все оси линейные и независимые, поэтому движение по одной координате не меняет остальных координат. На 5-осевых станках линейные оси по-прежнему независимы, а вот движение по поворотной оси изменяет не только наклон оси, но и позицию вершины инструмента. Кроме того, поворотные оси часто взаимозависимы. Вследствие этого любое движение поворотной оси требует компенсационных движений линейных осей и корректировки второй поворотной оси. Старые системы ЧПУ были не способны производить расчет компенсации в реальном процессе времени, поэтому эти расчеты выполнялись постпроцессором. Современные системы ЧПУ производят расчет компенсаций самостоятельно и могут программироваться непосредственно заданием координат вершины и ориентации оси инструмента. PowerMILL поддерживает оба этих способа.

3.2.2. Линеаризация круговых движений При 5-осевой обработке важное значение имеет линеаризация движений (при 3-координатной обработке для этого служит функция G01). На 24

ускоренных движениях (с функцией G00) линеаризация движений может не выдерживаться. Специальное устройство – интерполятор – выполняет эту задачу. При установочном движении вокруг поворотной оси кромка инструмента движется по дуге, и если угол поворота достаточно большой, то на этом участке возможен зарез (рис. 3.1). Большинство систем ЧПУ не производят линеаризацию таких движений аппаратно из-за трудоемкости расчетов. Данную задачу выполняет постпроцессор, и в систему ЧПУ выдается последовательность коротких движений, рассчитанных с заданным допуском, вместо одного кругового движения (рис. 3.2). Постпроцессор PowerMILL поддерживает оба упомянутых варианта.

Рис. 3.1. Траектория вершины инструмента при повороте оси

Рис. 3.2. Траектория вершины инструмента при повороте оси с линеаризацией

3.3. Система ESPRIT Одной из наиболее мощных САМ систем в мире является программа ESPRIT. Этот продукт является разработкой компании DP Technology (США), политика которой заключается в обеспечении технологов и программистов станков с ЧПУ мощным программным обеспечением, основанным на понимании современных технологий и желании добиться совершенства в выполнении поставленных задач (рис. 3.3). САМ система ESPRIT разошлась по миру тиражом более 55 000 лицензий. Россия активно переходит на эту систему, где уже более 100 предприятий стали ее пользователями.

25

Многие производители оборудования выбрали ESPRIT в качестве своего стандарта, например станки Sodick, Mori Seiki и Mazak приходят в комплекте с данным программным обеспечением. Программный комплекс ESPRIT может работать практически с любым станком, оснащенным системой ЧПУ. Краткий список известных пользователей системы ESPRIT: корпорации ABB, Audi, Boeing, Citroen, Eaton Aerospace, Hartwell, Jaguar, JD Machine, MAN, Peugeot, Siemens, Volvo и множество других.

Рис. 3.3. Моделирование в Еsprit

Высокопроизводительная система ESPRIT предлагает мощные средства для любого станка с ЧПУ. Функциональность ESPRIT включает программирование фрезерной обработки от 2-х до 5-х осей, токарной обработки от 2-х до 22-х осей, электроэрозию от 2-х до 5-х осей, многозадачных токарно-фрезерных станков с синхронизацией, а также станков с осью B. При помощи ESPRIT создание операций обработки значительно упрощается благодаря гибким возможностям системы, оцененным программистами за широкую поддержку станочных циклов, всесторонний контроль инструмента и способность осуществлять поддержку всего производства. Оболочка ESPRIT – приложение Windows со стандартным интерфейсом и, что немаловажно, со справкой на русском языке – более качественная и продуктивная система по сравнению с любой используемой ранее (рис. 3.4). ESPRIT предлагает прямой CAD/CAM интерфейс для импорта моделей из различных источников без необходимости правки или перестроения геометрии. ESPRIT позволяет обрабатывать любую комбинацию твердых 26

тел, поверхностей, каркасной геометрии или STL, обеспечивая пользователя производственной гибкостью. Начало работы с правильной и точной геометрией устраняет трудности в работе со сложными деталями и существенно уменьшает время программирования. Универсальный постпроцессор ESPRIT позволяет выводить правильный G код для полного использования возможностей оборудования. С ESPRIT вы получаете проверенную библиотеку стандартных постпроцесс-

Рис. 3.4. Интерфейс Еsprit

ов. Дополнительные постпроцессоры сертифицированы для большинства известных в мире станочных брендов, а открытая архитектура позволяет легко настроить любой постпроцессор под собственные желания и цеховые требования. Безошибочный код ESPRIT обеспечивает максимальное использование станка и оптимальное качество детали по минимально возможной стоимости. Моделирование обработки (рис. 3.5). Динамическая твердотельная верификация ESPRIT – быстрый, точный и надежный инструмент, позволяющий отладить обработку детали таким образом, чтобы гарантированно избежать столкновений. Высокопроизводительная симуляция, наличие возможности визуализации в режиме реального времени и функция определения столкновений гарантируют, что даже очень сложная деталь будет обработана правильно с первого раза. ESPRIT обеспечивает исчерпывающую проверку программы с использованием всей станочной среды: станка, приспособления, заготовки и детали. У программного комплекса ESPRIT имеется много уникальных возможностей, которых нет у других программ подобного назначения. Это и 27

динамическая верификация, и набор разработчика для самостоятельного расширения функциональности комплекса, и пакет готовых решений для работы с многозадачными фрезерно-токарными станками (рис. 3.6).

Рис. 3.5. Моделирование обработки в Еsprit

Рис. 3.6. Станок в Еsprit

Наличие высокопроизводительных технологий и совместимость (сертифицированная известными производителями станков) практически со всеми существующими станками с ЧПУ делают этот программный комплекс, безусловно, лучшим в своем классе. 28

Открытый программный интерфейс ESPRIT позволяет беспрепятственно настраивать и модифицировать под свои нужды базовый функционал, а также интегрировать комплексы с другим, уже использующимся в производстве программным обеспечением. Еще одной уникальной особенностью программного комплекса ESPRIT является его совместимость с множеством CAD расширений, в т.ч. с распространенной в СНГ CAD-системой Компас 3D.

Продукты и решения Обработка сложных 3D-моделей за одну установку с применением мощного функционала CAM-системы ESPRIT становится гораздо проще. ESPRIT ускоряет программирование и обеспечивает динамическую визуализацию, избавляющую от необходимости в холостом прогоне УП на станке. 1. Композитная 5-осевая обработка. Функционал этой стратегии основан на универсальном подходе к принципам многоосевой обработки. При этом создание траектории даже для очень сложной детали может быть упрощено до нескольких простых действий. Циклы композитной 5-осевой обработки следуют той же логике, что и технологи при принятии решений по обработке моделей сложной формы. С помощью шести вариантов обработки и пяти схем ориентаций инструмента, представленных на выбор программиста, эта гибкая 5-осевая стратегия дает пользователю свободу действий в создании 5-осевых траекторий любой сложности. Обработка включает встроенную проверку столкновений и функцию автоматического наклона 2. 5-осевая обработка стороной инструмента. Данная 5-осевая стратегия в ESPRIT использует боковую сторону инструмента для обработки наклонных стенок. Эта классическая 5-осевая стратегия подходит для широкого спектра областей геометрии, позволяющая траектории содержать несколько проходов вдоль обрабатываемой стенки. Четвертая и пятая оси позиционирования инструмента автоматически определяются из геометрии, выбранной для обработки стенок, во время движения инструмента вокруг обрабатываемой детали (рис. 3.7). 3. 5-осевая обработка поверхности боковой стороной инструмента. 5-осевая обработка поверхности боковой стороной инструмента дополняет обычную 5-осевую обработку стороной инструмента. Взамен строгой зависимости от линейчатых поверхностей ориентация инструмента в этой стратегии опирается непосредственно на геометрию поверхности с применением верхней и нижней границы поверхности для лучшего контроля наклона инструмента (рис. 3.8).

29

Рис. 3.7. Управляемая обработка стороной инструмента

Рис. 3.8. Обработка наклонной поверхности стороной инструмента

4. 5-осевое фрезерование крыльчатки. Включает черновую и финишную обработку каналов между лопатками крыльчатки с использованием параметрической обработки или обработки смещением (рис. 3.9).

Рис. 3.9. 5-осевое фрезерование крыльчатки

ESPRIT значительно сокращает время цикла обработки с помощью автоматической генерации оптимизированных отводов, учитывающих динамическое изменение формы заготовки. 3D-модель заготовки постоянно обновляется, при расчете учитываются поднутрения при любой ориентации инструмента. Начальная заготовка может быть автоматически определена из геометрии модели либо импортирована из CAD файла. 5. Высокоскоростная обработка.

30

Высококачественные поверхности и увеличение «жизненного цикла» инструмента – это результат работы технологий высокоскоростной обработки (ВСО), реализованных в стратегиях обработки ESPRIT. ESPRIT обеспечивает сглаженное движение инструмента с адаптированными переходами между уровнями обработки, постоянную нагрузку на инструмент и скругленные обходы всех острых углов детали. ESPRIT также оптимизирует концентрацию точек траектории, максимально улучшая динамику обработки. 6. Моделирование процесса обработки и проверка. Реалистичное моделирование процесса обработки и его динамическая визуализация поддерживаются для всех типов обработки от 2-х до 5-ти осей. Моделирование обработки не ограничивается лишь графической отрисовкой траекторий, она обеспечивает обнаружение недопустимых углов и положений при обработке, столкновений движущихся частей станка и режущего инструмента с обрабатываемой деталью. 6. Объекты свободной формы. Данная функция системы обеспечивает выбор и сохранение поверхности или участка твердотельной модели, которые должны быть обработаны. Поверхности легко добавляются и исключаются из зоны обработки, а траектория автоматически пересчитывается с учетом введенных изменений в зоне обработки. Возможно создание неограниченного количества объектов свободной формы внутри одной рабочей модели. Затем пользователь может назначить обработку какого-либо единственного элемента из ранее определенного объекта свободной формы (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Объединенные поверхности

Преодоление недостатков геометрических моделей, переданных из CAD-систем, возможно с помощью функционала «Объединенные поверхности». Виды систем проектирования ESPRIT включает: • 2–5-осевая фрезерная обработка; • 2–22-осевая токарная обработка; 31

• 2–5-осевая электроэрозионная обработка; • токарно-фрезерная обработка; • NURBS моделирование поверхностей; • обработка на станках, оснащенных осью B; • универсальное постпроцессирование; • библиотека постпроцессоров, сертифицированных ведущими производителями; • доступность для редактирования пользователем; • библиотека готовых постпроцессоров для станков, ведущих производителей; • встроенный текстовый редактор программ в G-кодах и модуль передачи управляющих программ на станок с помощью системы DNC по протоколу RS232; • интеграция с Microsoft Office для разработки документации; • поддержка динамической графики в OpenGL Microsoft; • настройка пользовательского интерфейса, панелей инструментов и меню; • функция помощи в режиме on-line, основанная на технологии HTML; • сетевая «плавающая» лицензия; • Моделирование любой геометрии детали c использованием форматов: • Parasolid – твердотельное моделирование; • ACIS – твердотельное моделирование; • STL – разработка фасетных моделей; • 2D/3D-разработка каркасных моделей; • Черчение, определение размеров и составление аннотаций; Твердотельная визуализация и проверка на столкновения: • динамическая визуализация твердотельных моделей станка, детали, приспособлений, инструмента; • всесторонняя проверка на столкновение инструмента, заготовки, крепежной оснастки и детали; • сравнение модели обработанной детали с ее чертежом. Адаптивные циклы обработки: • адаптация в зависимости от геометрии детали; • автоматизация технологических изменений деталей; • работа с семействами деталей; • полное управление инструментом; • функция автоматического распознания элементов геометрии; • высокоскоростная обработка и оптимизация G-кодов; • Модуль Tool Kit; • Microsoft Visual Basic для разработки приложений (VBA); • пользовательский интерфейс программирования API (Application Programming Interface). 32

Обмен данными ESPRIT считывает данные в следующих форматах: ACIS (SAT), AutoCAD (DWG), CSV, DXF, Autodesk Inventor, IGES, Mechanical Desktop, Parasolid (X_B, X_T), Solid Edge, SolidWorks®, TXT, VDA–FS. Опционально доступен импорт данных форматов: CATIA, Pro/ENGINEER, Unigraphics, STEP, STL. Программный комплекс ESPRIT оснащён прямым интерфейсом к CAD системам. Это означает, что комплексом возможна обработка любой CADмодели, в том числе импортированной из любой другой существующей CAD-системы. Программный интерфейс ESPRIT импортирует и хранит модели прямо в исходных форматах, и для дальнейшей обработки не требуются никакие изменения или восстановление геометрии модели. ESPRIT дает возможность работы с любой геометрией модели – каркасной, STL, твердотельной, поверхностной, применяя для этого расширяемые библиотеки стандартных шаблонов. Работа будет начата со 100% точно определенной геометрией. Универсальные постпроцессоры ESPRIT с гибкой адаптацией выводят корректный G код для максимально полного использования всех возможностей оборудования. Технология ESPRIT – это сертифицированная ведущими мировыми разработчиками библиотека стандартных постпроцессоров с открытой архитектурой, которая позволяет создавать высокопроизводительные программы для станков с различными управляющими ЧПУ, которые полноценно используют все возможности конкретного станка. Постпроцессоры поставляются в качестве бесплатного дополнения к покупаемому программному комплексу ESPRIT, а открытость их архитектуры позволяет легко применить постпроцессор под любые нужды клиента, даже в собственных программных разработках. Возможности трехмерной визуализации и симуляции позволяют проверить программу и модель до запуска станка. Визуализация в реальном времени в ESPRIT очень реалистична и точна, а после нее можно быть уверенным в аналогичной обработке и самой детали, причём любой сложности. Во время визуализации обработки на экране можно увидеть все движущиеся элементы станка с ЧПУ – револьверные головки, шпиндели, инструментальную головку и оснастку. Симуляция в ESPRIT обеспечивает корректную проверку на столкновения во время одновременной передачи и обработки детали между шпинделем и противошпинделем. Быстрота и точность компьютерной симуляции обработки позволяет обойтись без дорогих холостых запусков станков с ЧПУ. Проверка дает возможность убедиться в правильности работы программы путем сравнения модели детали и результата запуска программы. Даже самые сложные детали производятся практически с первого запуска благодаря точному механизму определения столкновений и реальном режиме времени симуляции. 33

Программный комплекс ESPRIT от компании DP Technology относится к так называемым CAM-системам, которые применяются для автоматизации технологического процесса в производстве различных изделий. Под технологическим процессом производства подразумевается токарная обработка на многоосевых станках, которые способны автоматически изготавливать очень сложные детали. ESPRIT позволяет полностью автоматизировать токарную обработку – от чернового точения до нарезания резьбы. Этот программный продукт даёт возможность получить максимальную отдачу от капиталовложений в многоосевые станки и токарные центры. Открытый программный интерфейс ПО ESPRIT позволяет, как угодно настраивать и модифицировать под свои нужды базовый функционал, а также интегрировать комплекс с другим использующимся на производстве программным обеспечением. Готовые решения и программы обработки создают огромную базу знаний, которая имеется в свободном доступе и позволяет использовать новейшие аппаратные возможности станков. Также подобный набор готовых модулей значительно упрощает введение в курс дела новых специалистов и работников.

3.4. Система UNIGRAPHICS Unigraphics имеет единую внутреннюю базу данных для всех приложений системы, которая построена на принципе мастер – модели, обеспечивающей надежный систематизированный подход к созданию и проверке геометрии изделия и связанных с ней процессов. Это позволяет легко манипулировать большими сборками в среде параллельного инжиниринга. Внутри системы существует единая среда хранения данных, и нет абсолютно никаких конверторов, поэтому все данные ассоциативны через все приложения системы. Unigraphics имеет твердотельный моделлер с встроенной гибкой параметризацией и глубокой ассоциативностью – самый совершенный среди всех систем. Все модели, создаваемые в Unigraphics, являются автоматически параметризованными и в любой момент доступными для различного вида модификаций. Причем параметризация, не привязанная к порядку построения геометрии, а гибкая, не заставляющая конструктора много раз переделывать геометрию в процессе моделирования и модификации, позволяющая в любой момент времени переопределять и перепривязывать связи, изменять порядок создания элементов в уже построенной модели. При этом средства создания жестко параметризованной геометрии в системе также присутствуют в полной мере, и в некоторых случаях это целесообразно. В системе не существует каких-либо внутрисистемных ограничений для конструктора. Например, внутри системы нет различий между объемным и листовым телом, поэтому с гранью твердого тела можно делать то же самое, что с поверхностью, а над листовыми телами (поверхностями) можно произво34

дить булевы операции, так что различие обусловливается только физическим смыслом. Программное обеспечение Unigraphics в области программирования станков с ЧПУ обеспечивает функциональность на таком уровне, который недоступен для других систем. Позиции Unigraphics/CAM оцениваются в качестве мирового стандарта для всех других производителей NCпрограмм. Система содержит специализированные технологические приложения, функционирующие в единой базе данных Unigraphics, а значит, поддерживающие ассоциативность и целостность данных.

Основные особенности системы UNIGRAPHICS Система обеспечивает полный набор функций работы с твердым телом, поверхностью или каркасной моделью, основанный на полностью ассоциативном, параметрическом дереве построения. Мощные средства визуализации, анимации и построения прототипов. Мощные возможности по созданию и управлению крупными сборками, содержащими десятки и сотни тысяч компонентов. С их помощью можно построить полную электронную модель таких сложных изделий как автомобиль, самолет или авиационный двигатель. Модули высокоскоростной технологической обработки для любых типов оборудования, показывающие свою высокую эффективность в реальных условиях производства. Модули инженерного анализа, базирующиеся на встроенных решателях таких известных пакетов как NASTRAN, ADAMS позволяют проводить оценку различных сценариев поведения разрабатываемых конструкций, а также исследование таких типов задач как линейная статистика, равновесная теплопередача, потеря устойчивости, анализ собственных частот, кинематический анализ и симуляция практически любого 3-мерного механизма и т. д. К большинству популярных пакетов инженерного анализа имеются прямые интерфейсы. Открытый мощный программный интерфейс дает возможность разрабатывать собственное прикладное программное обеспечение, которое будет полностью интегрировано в UNIGRAPHICS. Эффективный обмен данными с другими системами, даже при плохом качестве входных данных, полученных из старых систем. Поддержка внешних форматов данных IGES, STEP, DXF и прямых интерфейсов к наиболее известным пакетам. Промышленный дизайн в UNIGRAPHICS Unigraphics предлагает решение Studio for Design (рис. 3.11): набор инструментов для решения задач промышленного дизайна. Предоставляемые возможности ни в чем не уступают возможностям специализированных программ. 35

Дизайнеру предлагаются инструменты создания и управления внешним видом поверхностей, позволяющие с точностью до микрона строить модели очень сложных форм. Поверхности свободной формы растягиваются, сжимаются и сдвигаются перемещением ползунка в диалоговом окне. Для динамического анализа качества поверхности используется специальный инструмент, посредством которого можно оценивать ее форму. Результаты анализа могут быть получены как в графической, так и в численной форме. Инструменты визуализации позволяют дизайнеру подготовить наглядные презентации без изготовления дорогостоящих макетов. Доступны функции наложения различных текстур и материалов, что обеспечивает требуемую реалистичность без моделирования сложных рельефов поверхности. Дизайнер также может создавать спецэффекты и вставлять растровые изображения. Для достижения искомого результата можно менять источники света, цвет, тени, фоновое изображение. Возможно динамическое построение фотоизображений на одном либо нескольких видах и даже на фрагменте вида модели. Проектирование, выпуск технической документации в UNIGRAPHICS В системе Unigraphics реализована разработка сборок большого размера (рис. 3.12), причем обеспечивается создание сборочной модели как сверху вниз, так и снизу вверх. Иначе говоря, либо из готовых деталей формируется сборка, либо в одном файле создаются модели разных деталей, а затем они определяются как компоненты, составляющие данную сборку. Заранее определять файл как сборочный не обязательно, при необходимости он будет определен в этом качестве де–факто, по ходу работы над проектом. Можно создавать сборку любой глубины вложенности, состоящую из неограниченного количества компонент. Многократно увеличивает возможности системы Unigraphics применение технологии WAVE. По этой технологии все управление проектом организуется в виде так называемой управляющей структуры, которая состоит из нескольких наиболее важных параметров, задающих функциональные характеристики изделия и связанных со всей моделью посредством многоуровневых управляемых ассоциативных связей. Это дает возможность быстро создавать новые изделия на основе общей архитектуры продукта, а также строить описание продукта в терминах прикладного значения. Ассоциативная связь управляющей структуры с последующими детальными проработками позволяет автоматически распространить изменения в структуре проекта на все лежащие ниже более детализированные представления изделия. Таким образом, обеспечивается наиболее рациональный и экономически эффективный способ создания, сопровождения и оценки новых продуктов, содержащих новые концептуальные решения. 36

Рис. 3.11. Пример дизайна в UG.

Рис. 3.12. 3D-модель сборки в UG.

Unigraphics – это система трехмерного твердотельного гибридного моделирования, предоставляющая инженеру все необходимое для работы 37

с твердым телом, поверхностью и каркасной моделью. Все функции работы с твердым телом и поверхностью отражены в полностью ассоциативном, параметрическом дереве построения. Навигатор наглядно представляет элементы модели и порядок ее построения, позволяет выбрать конструктивные элементы, оперативно менять их и связи между ними. Историю построения модели можно просмотреть пошагово, конструктивные элементы допускается копировать и вставлять в модель. Количество элементов, из которых строится деталь, не ограничено. Используя методы геометрического конструирования, вы можете вносить необходимые изменения, как в параметризованную, так и непараметризованную модель, а также преобразовывать поверхности и твердые тела в типовые элементы и вносить их в конструкторскую базу данных. Полнофункциональные электронные таблицы позволяют задавать не только сложные системы уравнений, но и геометрические выражения. Вы можете создавать семейства деталей и управлять ими, проводить итерационный анализ по заданным критериям, составить библиотеку стандартных изделий, используемых на вашем предприятии. Контекстный поиск, управление изменениями, обнаружение пересечений, мощные средства визуализации, управление данными – все это гарантирует сохранение целостности данных на протяжении процесса проектирования. При моделировании сборок согласованная работа всего коллектива разработчиков осуществляется в рамках единой концепции и единых требований к разрабатываемому изделию. В зависимости от текущих задач разработчик может оперативно настроить рабочую среду сборки, а при открытии сборки контролировать загрузку компонент. Использование фильтров по атрибутам, именам компонент и их пространственному положению позволяет определить и затем загрузить в сборку только те детали, которые находятся в определенной области, либо детали с определенными атрибутами. Таким образом, входящие в сборку детали создаются и изменяются в контексте данной сборки. Это позволяет уже на ранних этапах проектирования обнаружить и устранить ошибки, оперативно провести необходимые изменения и снизить стоимость таких изменений. Значительно упрощает работу наличие ассоциативной связи между деталями: при изменении одной детали все связанные с ней автоматически перемещаются или даже меняют свою геометрию. Существует возможность упрощать точные модели, заменяя их условными телами, что особенно удобно при анализе вариантов, когда важны лишь примерные очертания объекта, обозначающие место его расположения. Большую помощь при работе со сборкой окажет графический навигатор, который поможет быстро найти нужную компоненту, изменить способ изображения компоненты в сборке. Система моделирования сборок располагает собственными средствами контроля пересечений деталей и расчета массово-инерционных характеристик сборочных узлов. Эти средства оптимизированы для работы в сборке 38

с большим количеством деталей. Такие расчеты вы можете итеративно проводить по ходу проектирования изделия. Трехмерная модель большой сборки позволяет разработчику оценить возможность монтажа и демонтажа различных агрегатов проектируемого изделия, удобство доступа к ним. Создавать сложные полноразмерные макеты больше не требуется. Все это вместе с ранним обнаружением взаимных пересечений деталей позволяет не только повысить качество проекта, сократить время его создания и уменьшить затраты, но и исключить целые этапы разработки. Среда подготовки чертежной документации включает набор средств, с помощью которых на базе существующей трехмерной геометрической модели твердого тела, проволочной модели и эскизов можно создать любой чертеж. Вы можете создать чертеж любой сложности и по любым стандартам. Полная ассоциативная связь чертежа с геометрической моделью позволяет в любой момент получить чертеж, точно соответствующий геометрической модели. Основные функциональные возможности при работе с чертежами: • графический интерфейс с широким использованием пиктограмм; • интерактивная настройка графических атрибутов; • наследование свойств существующих графических элементов чертежа; • автоматическое построение ортогональных и дополнительных видов с удалением невидимых линий; • автоматическая простановка размеров на геометрии, построенной по эскизам; • ассоциированные с геометрией спецсимволы (сварка, чистота поверхности, допуски на геометрические отклонения); • автоматическое создание спецификаций состава изделия; • удобные функции задания и редактирования текста. Есть возможность управлять изображением, скрывая или показывая отдельные чертежные объекты согласно заданным условиям. Кроме того, вы можете указать, следует ли сечь ту или иную деталь, пересекаемую секущей плоскостью (в некоторых случаях, например, не показываются разрезы болтов и валов). Использование «UNIGRAPHICS» в производстве CAM (Computer Aided Manufacturing) модули системы Unigraphics являются одними из лучших в мире. Генератор ЧПУ программ выполнен на основе хорошо себя зарекомендовавших процессов обработки. Он включает правила обработки, предназначенные для создания программ при минимальном участии инженера. Распределение данных между модулем проектирования и остальными модулями Unigraphics (в том числе и модулями CAM) строится на основе концепции мастер – модели. Набор операций, при помощи которых был 39

смоделирован объект, гарантирует, что конструкция, которую удалось спроектировать, может быть изготовлена. Ассоциативная связь между исходной параметрической моделью и сформированной траекторией инструмента делает процесс обновления последней быстрым и легким. Специальная функция позволяет наблюдать за инструментом во время его движения по обрабатываемой детали (рис. 3.13). Доступны три различных режима просмотра: воспроизведение, динамическое удаление материала и статическое удаление. Полученную траекторию инструмента можно отредактировать в графическом или текстовом режиме, после чего просмотреть изменения в обрабатывающей программе на всей траектории или только на выбранном участке, изменяя скорость и направление движения. Имеются функции, позволяющие выполнять удлинение либо обрезку траектории до определенных границ (струбцина, зажимное приспособление или выемка на самой детали). Чтобы запустить программу на определенном станке, ее необходимо переписать в машинных кодах этого станка. В систему Unigraphics включен специальный модуль определения постпроцессоров для любых управляющих стоек и станков с ЧПУ. Программа постпроцессора создается в виде исходного текста на языке TCL, что открывает широкие возможности внесения в постпроцессор любых уникальных изменений.

Рис. 3.13. Пример обработки 3D-модели в UG

40

Все основные операции токарной обработки объединены в специальном модуле, что предоставляет технологу мощные функциональные возможности черновой и чистовой обработки, проточки канавок, нарезания резьбы и сверления на токарном станке. Автоматическое определение области обработки для черновых и чистовых операций позволяет быстрее получить результат – особенно при последовательных операциях. Очень информативна анимация процесса обработки: на экран выводится трехмерная заготовка, в процессе воспроизведения операции отображается удаление материала. Инструмент, используемый для всех типов токарной обработки, легко определить самостоятельно при помощи набора параметров либо взять из заранее сформированной на предприятии библиотеки инструмента. Для фрезерной обработки рабочее место технолога в зависимости от сложности решаемых задач может оснащаться различным набором имеющихся в CAM-модулях инструментов. Такой подход позволяет получить решение, оптимальное по критерию стоимость/эффективность, дать инженеру возможность формировать такие траектории инструмента, которые могут быть реализованы на имеющемся станочном парке предприятия. На этапе предварительного удаления материала можно определить различные способы врезания в заготовку и стратегии обработки. При этом задаются величины перекрытия диаметра фрезы на последующих проходах, заглубления по высоте при переходе на следующую площадку, зазора до вертикальных стенок, а также нижняя граница обработки (рис. 3.14). Генератор высокоскоростной обработки имеет возможности кругового и спирального подхода к детали, спиральную траекторию шаблона обработки, замедление в углах, управление одновременной обработкой нескольких карманов, сплайн интерполяции выходной траектории. На этапе черновой обработки имеется возможность создать необходимую траекторию на элементах самой сложной формы. Если обрабатываемая геометрия была создана в других системах, и после передачи обнаружилось множество перекрытий и разрывов между поверхностями, инструмент системы позволяет их скорректировать, либо обработать с заданной точностью. Таким образом, процесс черновой обработки практически полностью автоматизирован. На этапе чистовой обработки инженеру предлагается большой выбор средств получения траекторий инструмента как для 3-осевой обработки, так и для 5-осевой, когда обеспечивается полная свобода пространственной ориентации оси фрезы. Система имеет интеллектуальные функции выбора области обработки, обеспечивает использование множества методов и шаблонов обработки, включая обработку по границам, радиальную, по концентрическим окружностям, зигзагом вдоль заданной траектории, спиральную и произвольную обработку. Кроме того, имеются методы контроля режимов резания при перемещении инструмента вверх и вниз, а также 41

по спирали. Можно определить и сохранить границы необработанных областей. При пятикоординатной обработке предусмотрена возможность задания оси инструмента с использованием параметров поверхности, дополнительной геометрии, а также геометрии, задающей траекторию резания. Обеспечивается высокое качество обработки поверхности детали.

Рис. 3.14. Пример обработки с заданными параметрами инструмента.

Огромную экономию времени при предварительной или окончательной обработке изделия гарантирует специальная функция, которая анализирует всю геометрию детали и находит точки двойного контакта. Иначе говоря, определяет угловые сопряжения поверхностей. Процессор автоматически генерирует однократные или многократные проходы инструмента для удаления материала в этих областях. В ситуациях, когда инженеру требуется контролировать каждый шаг создания траектории инструмента, на помощь ему придет функция, которая позволяет в интерактивном режиме создавать траекторию инструмента по частям, сохраняя полный контроль на каждом шаге. При этом предоставляется возможность генерировать множество проходов по поверхности, определив полный припуск для обеих поверхностей. Специальный модуль обеспечивает электроэрозионную обработку деталей в режиме двух и четырех осей, с использованием моделей в прово42

лочной геометрии или твердом теле. При редактировании и обновлении модели все операции сохраняют ассоциативность. Предлагаются различные виды операций – например, наружная и внутренняя обработка с множеством проходов и обработка с полным сжиганием материала. Также поддерживаются траектории, учитывающие расположение прижимов на заготовке, различные типы проволоки и режимы работы генератора. Как и при фрезерных операциях, впоследствии применяется инвариантный постпроцессор для подготовки данных под конкретный станок. Поддерживаются популярные электроэрозионные станки: AGIE, Charmilles и другие. Инженерный анализ в системе UNIGRAPHICS В системе Unigraphics реализована возможность создания и анализа сложных механических систем с большими относительными перемещениями (рис. 3.15). Имеющиеся средства позволяют осуществлять статический, кинематический и динамический анализ механических систем.

Рис. 3.15. Анализ механических систем в UG.

Имитация движения механизма позволяет непосредственно увидеть движение его частей. Это важно, но зачастую этого бывает недостаточно. Unigraphics предоставляет в распоряжение инженера инструмент постановки задач анализа пересечений, минимальных зазоров и трассировки двигающихся деталей. При последующей имитации движения можно поставить разные условия: остановить движение при соприкосновении или уменьшении зазора между деталями, создать тело в пересечении указан43

ных звеньев, дать сообщение о нарушении условия и продолжить движение. Анализ работы механизма включает в себя также возможность определения и представления в табличном или графическом виде полей перемещений, скоростей и ускорений интересующих точек. Анализируются силы реакций, которые могут быть использованы для расчета на прочность данных деталей. Для решения задач моделирования механических нагрузок и процессов теплопередачи, прочностного анализа проектируемой конструкции используется специальный инструмент, который, как и все предыдущие, глубоко интегрирован и ассоциативно связан с базой данных системы. Определить механизм можно как на основе простого набора отдельных моделей в одной части (файле), так и на уровне сборки. Последний вариант удобнее: он позволяет преобразовать заданные сборочные ограничения (условия стыковки) в кинематические связи. Здесь реализуется еще один базовый принцип Unigraphics: единожды введенная информация используется в работе остальных модулей при решении самых разных задач. Создание механизма включает в себя следующие этапы: • определение звеньев механизма в виде набора любых геометрических элементов: твердых тел, поверхностей, кривых, точек; • задание кинематических связей между звеньями: вращение в плоскости, линейное перемещение, вращение с перемещением вдоль оси вращения, винтовая пара, ременная передача, кардан, сферический шарнир, двухосевое перемещение в плоскости, зубчатая рейка, зубчатая передача, движение точки по кривой и «обкатка» кривой по кривой; • определение пружин (вращательного и поступательного движения), демпфирующих элементов и элементов смешанного типа; • задание приложенных сил и крутящих моментов, а также различных случаев, являющихся результатом взаимодействия двух тел; • задание закона движения в виде стандартной линейной функции, гармонической функции, некоей функции движения общего вида. По завершении этих этапов задается временной интервал, осуществляется имитация движения. Чтобы добиться оптимального результата, требуемых показателей работы механизма, необходимо порой создать и рассчитать различные «сценарии» (или, иначе говоря, варианты) поведения изделия. В этом поможет навигатор дерева «сценариев». Новый «сценарий» работы механизма можно получить на основе существующего: его копированием с последующим внесением изменений. Такая функция не требует повторного определения механизма. Быстрый прямой выход на внесение изменений в геометрию деталей, определенных в качестве звеньев, упрощает проверку различных вариантов размещения и работы механизма. Для проведения исследований различных вариантов конструкции (которые могут отличаться друг от друга геометрическими размерами, нали44

чием или отсутствием конструктивных элементов, материалом, условиями нагружения, закреплением и т.д.), как и в случае работы с механическими системами, назначаются «сценарии». Чтобы исключить необходимость повторного определения некоторых данных, новый «сценарий» можно получить на основе ранее созданного, данные которого будут унаследованы автоматически. В системе Unigraphics предусмотрены специальные средства, позволяющие построить сетку конечных элементов на основе существующей геометрии. Поддерживаются такие элементы, как оболочки (треугольники и четырехугольники) для листовых изделий, тетраэдры для твердых тел, а также различные линейные элементы, включая балки, гибкие связи, пружины. Прямо на модели можно задавать местную и общую плотность сетки. Все выполненные построения ассоциативно связаны с моделью детали, а потому при изменении параметров детали меняются автоматически. Данные об узлах и элементах можно отображать различными способами. Когда модель конечных элементов построена, происходит передача данных в указанное расчетное приложение. Собственный инструмент Unigraphics предлагает широкий выбор методов расчета, включая линейную статику, собственные колебания, потерю устойчивости, поддержку контактных элементов и расчет стационарных тепловых потоков. Поддерживаются изотропные, ортотропные и анизотропные модели материалов; также могут быть учтены температурные изменения материала. Результаты анализа напряженно-деформируемого состояния изделия представляются в интуитивно понятном цветном графическом виде, облегчающем их интерпретацию. Они могут быть показаны в виде мультипликации, а данные различных «сценариев» (случаев нагружения) можно сравнивать в одном и том же окне результатов. Такой подход, основанный на назначении и анализе «сценариев», позволяет еще на ранних стадиях проекта манипулировать различными вариантами изделия и находить оптимальное конструкторское решение. Для моделирования литья пластмасс создан специальный модуль, имеющий препроцессор, средства анализа как такового и постпроцессор. Задав расчетную модель, ассоциативно связанную с геометрией детали, можно проанализировать процесс литья по времени заливки, по вероятности образования пузырьков воздуха, линий спая потоков и вероятности получения полной отливки. При расчете используется библиотека типовых материалов. Имеются средства наглядной эмуляции процесса на закрашенной или каркасной геометрии. Результаты анализа включают анимацию движения фронта отливки, время заполнения, расположение линий стыка, степень заполнения и изменение температур в процессе отливки. Все это позволяет оценить пригодность созданной модели и при необходимости внести в нее изменения. 45

Специальные приложения UNIGRAPHICS Осуществить разводку сложных подсистем коммуникаций (проводов, трубопроводов, кабельных каналов, металлоконструкций) в сборке помогут специальные приложения, различающиеся характером сечений трасс, с которыми они работают. Без использования этих возможностей при разработке сложных изделий до 80% всех трубопроводов приходится корректировать на макетах либо первых образцах и выпускать чертежи на них только после получения шаблонов труб. Среди технологических приложений системы Unigraphics следует отметить область проектирования и изготовления деталей из листовых материалов. Здесь инженеру также предоставлены большие возможности. Процесс создания модели близок к процессу изготовления детали. Каждый шаг построения модели может рассматриваться как стадия обработки, то есть превращения плоского листа в требуемую деталь. Помимо общих задач проектирования, конструирования и выпуска технической документации зачастую требуется решать достаточно специальные задачи проектирования. В гидравлических, пневматических трассах и электрических жгутах используются круглые сечения, для металлоконструкций систем отопления и вентиляции применяются сечения произвольной формы. Каждое приложение имеет свою библиотеку стандартных элементов: наборы разъемов, фитингов и крепежных элементов. Для построения сложных пространственных трасс в уже созданной сборке предназначены специальные инструменты. Результаты работы включают точный расчет длин кабелей, таблицы сгибов труб, расчет диаметров жгутов кабелей, автоматизированное построение схем разводки и значительно упрощенную процедуру построения спецификаций. Выполнить трехмерную прототип – модель раскладки электропроводки поможет еще один специальный модуль системы Unigraphics. Исходной информацией для прокладки кабелей является таблица соединений, которая может быть получена из своей программы. Работая в трехмерном пространстве, конструктор намечает расположение осевых линий будущей проводки и электронных блоков. Далее система проверяет наличие всех необходимых соединений, заменяет осевые линии, твердотельными моделями жгутов, контролируя минимальный радиус изгиба, и выпускает спецификацию. Набор конструктивных элементов для создания листовых изделий включает сгибы, фланцы, врезные фланцы, фланцы общего вида, скобы, буртики, штамповку, отверстия, прорези и вырезы. Каждый конструктивный элемент полностью параметризован и создает такую геометрию, которая может быть корректно построена в условиях сложной топологии; каждый конструктивный элемент использует информацию о деформациях ма46

териала при изгибе; с каждым элементом ассоциированы изменяемые формулы, характеризующие сгиб, а также стандартные свойства материала. Для сокращения времени обучения и увеличения производительности при построении сложных скоб, уголков и гофров существует специальный советник процесса. Средства построения развертки позволяют получить конфигурацию заготовки и вычислить критичные размеры для сгибов и других элементов. Развертка полностью ассоциативна с пространственной моделью. Есть возможность проектировать листовые детали, которые изготавливаются штамповкой, вытяжкой и формовкой (рис. 3.16). Основные функции – отгиб вдоль криволинейного ребра, соединительная поверхность, построенная между двумя телами. В качестве геометрии построения соединительной поверхности могут использоваться ребра и кривые. Листовое тело может строиться в контексте сборки с использованием геометрии других деталей. Имеются функции развертки сложных неразворачиваемых поверхностей. Эти функции используют различные алгоритмы, характерные для разных техпроцессов и материалов.

Рис. 3.16. Листовая деталь

Развертки различных деталей в любом количестве можно использовать для оптимальной раскладки на листовую заготовку. Выбираются детали, которые следует раскладывать, количество копий и тип используемой заготовки. «Автоматическая раскладка» позволяет выбирать между альтернативными стратегиями, контролируя размещение раскладываемых деталей. Программа оптимизирует смену инструмента и вырубку деталей для минимизации перемещения листа. 47

Модуль проектирования пресс-форм для деталей, изготавливаемых из пластмасс, позволяет автоматизировать процесс конструирования (рис. 3.17). Модуль помогает пользователю выполнить последовательный набор операций проектирования пресс-форм. Автоматизированы следующие процессы: импорт данных и создание отдельного проекта для прессформы, создание семейства пресс-форм и расчет усадки. Полностью автоматизирована функция определения полостей штампа, включая определение линий разъема штампа. Для проектирования штампов листовых деталей создан специальный модуль, который дает возможность получить полностью готовый к производству штамп (производится определение линий разъема штампа, назначение и установка последовательности технологических операций, проектирование вспомогательных и связующих поверхностей и т. д.).

Рис. 3.17. Проектирование пресс-формы для деталей из пластмасс

Автоматизировано построение переходной и прижимной поверхностей, создание структуры сборки штампа со всеми стандартными деталями (заготовки для матрицы, пуансона, прижима, плиты крепления, колонки, втулки, крепеж и т. д.). Определение положения детали в штампе по различным критериям также выполняется автоматически. Еще одна важная функция – учет эффекта пружинения металла в штампе. Использование 48

этой функции позволяет исключить так называемые лицевые дефекты на корпусных деталях автомобиля. Автоматизировать процесс проектирования и моделирования, оптимизировать конструкцию зубчатых передач и редукторов поможет модуль проектирования зубчатых передач. Используя заложенную в нем методологию, конструктор создает зубчатые механизмы, подшипники, шпоночные соединения и т. д. Набор конструкторских шаблонов может использоваться для создания различных трансмиссионных схем. Создаются точные геометрические модели отдельных деталей. Конструктор может определять параметры зубьев, проектировать редукторы и производить расчет конструкции на прочность. Еще один модуль позволяет проектировать сварные соединения с использованием наиболее широко применяемых в промышленности методов сварки. Конструктор может спроектировать точечную сварку, роликовый сварной шов и дуговую сварку различной формы (проточки, пазы, ребра и т. д.). После создания модели автоматически создаются чертеж и сопровождающая документация. Модуль поддерживает также создание клеевых соединений.

3.5. Система EdgeСam Программный комплекс EdgeСam представляет собой одно из ведущих решений в области разработки управляющих программ для станков с ЧПУ (САМ-систем). Он позволяет удовлетворять потребности предприятий, работающих в самых разнообразных отраслях промышленности. Модули программы позволяют осуществлять призматическую и поверхностную фрезерную обработку, сложную токарную обработку по нескольким осям, простую фрезерную или токарную обработку, ротационную и многопозиционную фрезерную обработку, обработку целых групп деталей и комплектующих. К определенным конструктивным элементам производственные операции могут быть применены автоматически, что сокращает выполняемое количество нажатий на кнопки, кликов мыши, а также в целом время, необходимое для генерации УП. Пользователям предлагается целый ряд инновационных решений для организации более продуктивной и эффективной работы цехов. Среди них возможности для моделирования траектории обработки, уникальный мастер постпроцессоров, современная библиотека инструментов, интуитивный и гибкий подход к выбору типа станка. EdgeСam делает гораздо больше, чем просто генерирует код УП. Используя инновационные инструменты, EdgeСam разрабатывает стратегии обработки, которые оптимизируют траектории работы инструмента, исключают «холостые» проходы инструмента, продлевают срок его службы, 49

сокращают время программирования и повышают производительность в целом. При этом EdgeСam очень прост в использовании и освоении. Проектирование деталей и моделирование технологии обработки в EdgeСam происходит в единой графической среде. Моделирование EdgeСam дает пользователю все необходимые инструменты для проектирования исходной модели, а также предоставляет широкие возможности по получению геометрии из других CAD-систем в следующих форматах: • ACIS 8.0.1.0; • DXF; • DWG; • IGES; • Parasolid 14.01.216; • STL; • VDA–FS 2; • CATIA 4; • Autodesk Inventor 7; • Solid Edge 12 и 14; • Pro/ENGINEER 12 и Wildfire; • Pro/DESKTOP 2001 и Express 2001 Build 964; • SolidWorks 2003 SP2.1. Для создания поверхностной и каркасной геометрии можно использовать встроенные возможности в среде проектирования. При этом доступны все необходимые инструменты создания двумерного чертежа, а по алгоритму работы очень похожие на AutoCAD. При создании поверхностной модели доступно использование таких функций, как создание стандартных поверхностей, поверхностей свободной формы, переходных поверхностей, а также их редактирование (скругление, обрезка и т. д.). В среде проектирования возможно не только создание новых элементов, но и редактирование моделей из других CAD-систем. Так, к примеру, можно открыть файл в формате DWG из AutoCAD в EdgeСam и отредактировать его, используя встроенные средства. При этом в EdgeСam передается не только геометрия, но и структура слоев, что значительно упрощает работу, так как у пользователя сохраняется возможность выбора необходимого слоя, управления его отображением и т. д. Результаты работы можно сохранить в собственном формате PPF либо передать данные в одном из форматов DXF, IGES или STL. Применяя различные методы, можно задавать заготовку в форме цилиндра, коробки или указанного профиля с заданной величиной припуска (min & max) по осям X, Y, Z, а также использовать в качестве заготовки грани и поверхности обрабатываемых деталей, например, при обработке 50

отливок произвольной формы. Также можно создавать крепеж с возможностью обновления в процессе моделирования обработки. Для создания твердотельных моделей компания Pathtrace поставляет EdgeСam PartModeler 2.11 – дополнительный модуль твердотельного параметрического моделирования на базе ядра Parasolid версии 14. Помимо создания моделей он позволяет редактировать файлы, сделанные в SolidEdge и SolidWorks. Постпроцессоры Мастер постпроцессоров предоставляет широкие возможности по адаптации системы и обеспечению правильной структуры кадров разработанных управляющих программ для конкретного станка с ЧПУ. Он позволяет управлять структурой будущей программы по своему желанию. Логическое разбиение вопросов на группы и технология «Drag & Drop» обеспечивает гибкость разработки, а библиотека «шаблонов» для различного оборудования обеспечивает простоту создания нового постпроцессора. Существующая база насчитывает более 3500 постпроцессоров для различных станков с ЧПУ. Программа эффективно работает со станками разных годов выпуска, в том числе и отечественного производства, например, такими как 24К40 с системой ЧПУ 2С42–65. В программу включен новый постпроцессор, позволяющий выводить управляющие программы ЧПУ для B-осевого фрезерования и токарной обработки с использованием противошпинделя (B–Axis и Subspindle Turning). Он поддерживает новейшие токарные станки и обрабатывающие центры с ЧПУ: Mori Seiki, Hitachi Seiki, Nakamura, Okuma, Mazak Integrex. Все процессы можно наблюдать в реальном времени и вносить изменения, что дает дополнительные возможности для работы со сложными поверхностями. Более полно использовать возможности станка с ЧПУ позволяет поддержка функции ввода наклона инструмента на любой угол. Графическая структура EdgeСam имеет единую графическую среду для проектирования деталей и моделирования технологии обработки на станках с ЧПУ. Представлены возможности каркасного, поверхностного и твердотельного моделирования. Использование 3D-моделей в работе технолога-программиста ЧПУ привело к уменьшению ошибок при обработке сложных деталей, так как теперь определение параметров конструктивных элементов, таких как глубины карманов, выступов и т. д. производится средствами EdgeСam. При любом исправлении конструктором исходной 3D-модели, EdgeСam автоматически предлагает пересчитать управляющую программу для станка с ЧПУ. При этом программисту просто надо согласиться с предложением, и траектория движения инструмента будет изменена автоматически. Это не только повышает качество детали, но и уменьшает время ее изготовления на станке с ЧПУ. 51

Визуализация процесса обработки на станке с ЧПУ EdgeСam позволяет моделировать на экране весь процесс обработки (рис. 3.18): • создать установочную схему крепежа заготовки и инструмента; • просмотреть траекторию движения инструмента с контролем перемещений на холостом ходу и возможных столкновений с крепежной оснасткой; • сделать сечения обработанной заготовки для детализации сложных мест и визуализации качества обработки; • провести сравнение конструкторской и технологической моделей и проанализировать наличие зарезов и недообработанных зон. Новый удобный в работе инструмент – временная шкала. Она графически отображает продолжительность циклов в EdgeСam, а также последовательность и продолжительность действий, точки их синхронизации, взаимодействие револьверных головок и шпинделей. Вы сможете увидеть, сколько времени займет весь процесс обработки на станке с ЧПУ.

Рис. 3.18. Моделирование процесса обработки в EdgeСam

В EdgeСam Simulator отображается не только сама заготовка, но и ее внешнее окружение – шпиндель, поворотное устройство, крепеж и т. п. Это позволяет увидеть процесс со всеми подробностями.

52

Весь процесс изготовления детали на станке с ЧПУ можно увидеть в реальном времени. Причем в это время можно вращать заготовку, менять режимы отображения (например, делать деталь полупрозрачной), изменять скорость процесса визуализации. Фрезерная обработка на станках с ЧПУ Программа EdgeСam предлагает пользователю широкий выбор разнообразных циклов фрезерной обработки. Высокая эффективность обработки достигается не только при работе с простыми и сложными корпусными деталями, но и сложными по геометрии поверхностями. Благодаря инструментам EdgeСam в одном программном решении объединены возможности обработки корпусных деталей, а также мощные стратегии обработки 3D твердотельных моделей и поверхностей. Интеллектуальный цикл черновой обработки (Roughing Cycle) Усовершенствованный цикл черновой обработки 2D- и 3Dповерхностей в EdgeСam может быть применен ко всей модели, обеспечивая, таким образом, четкую последовательность обработки для всех типов моделей. Интеллектуальный цикл (рис. 3.19) автоматически выберет наиболее эффективный подход к обработке каждого участка модели, а при необходимости использует трохоидальные траектории работы инструмента для улучшения качества обработки. Способность учета 3D-заготовки сокращает цикл механической обработки за счет сведения к минимуму «холостых» проходов инструмента.

Рис. 3.19. Интеллектуальный цикл черновой обработки (Roughing Cycle) в EdgeСam

Данный цикл включает возможность дополнительной дообработки поверхности с целью устранения остатков (Rest Roughing). При этом более мелким инструментом осуществляется обработка тех зон, куда крупный инструмент не имеет доступа.

53

3.5.1. Цикл обработки по контуру (Profiling Cycle) Унифицированный цикл обработки по контуру в EdgeСam позволяет генерировать траектории обработки 2D-геометрий, 3D-поверхностей и твердых тел в рамках единого цикла. Главное преимущество этого цикла для пользователя заключается в едином интерфейсе и поддержке функциональных возможностей работы как в 2D, так и в 3D-пространстве. Цикл обеспечивает контроль высоты гребешка, зарезов, а также высокое качество обработки как плоских, так и сложных по геометрии поверхностей. Используя возможность компенсации на радиус инструмента, программа определяет рабочую сторону инструмента и автоматически задает припуск при обработке профилей и уровней (рис. 3.20) Высокоэффективные инструменты контроля могут быть использованы для определения точек начала и окончания цикла обработки профиля. Целый набор стратегий позволяет подобрать наиболее подходящий метод обработки углов для избежания возможности их сглаживания.

Рис. 3.20. Цикл обработки по контуру (Profiling Cycle) в EdgeСam

3.5.2. Обработка корпусных деталей (Prismatic Machining) Функциональные возможности EdgeСam по обработке корпусных деталей представлены широким набором циклов по 2D-обработке, позволяющих максимизировать продуктивность работы (рис. 3.21). 54

Цикл фрезерной обработки плоских поверхностей (Facemill Cycle) Цикл оптимизирует использование инструментов для обработки плоских поверхностей и может быть использован для обработки деталей с плоскими участками, такими как: стенки, втулки, др. Цикл позволяет определить область обработки путем выбора границ. Резьбофрезерование (Thread Milling) Для обеспечения фиксированных циклов обработки деталей могут быть запрограммированы различные типы резьбы: внутренняя, внешняя, простая и многозаходная. Циклы обработки отверстий (Hole Cycles) Поддерживаются циклы сверления, растачивания, разворачивания и нарезания резьбы. EdgeСam просчитывает кратчайшую траекторию обработки группы отверстий, сокращая длительность цикла и непроизводительные перемещения инструмента, что позволяет добиться максимальной эффективности.

Рис. 3.21. Обработка корпусных деталей (Prismatic Machining) в EdgeСam

Обработка поверхностей (Surface Machining) Последние тенденции в проектировании комплектующих компонентов привели к росту потребности в обработке сложных по геометрии поверхностей. EdgeСam предлагает целый спектр функциональных возможностей для обработки поверхностей (рис. 3.22). Твердотельные модели обрабатываются, используя инновационные циклы, представленные в программе. Интеллектуальные стратегии обработки поверхностей обеспечивают высокое качество обработки, оптимизируют время обработки и увеличивают срок службы инструмента. Адаптив-

55

ная технология осуществляет контроль отсутствия коллизий на всех этапах работ.

Рис. 3.22. Обработка поверхностей (Surface Machining) в EdgeСam

3.5.3. Чистовая обработка зигзагом (Parallel Lace) Самым распространенным циклом чистовой обработки является обработка зигзагом (рис. 3.23). Процесс такой обработки контролируется пошагово, с соблюдением уровня высоты гребешка, размера припусков, а также минимального и максимального угла наклона инструмента.

Рис. 3.23. Чистовая обработка зигзагом (Parallel Lace)

Используемый в комбинации с циклом обработки профилей, цикл обеспечивает стабильность чистовой обработки поверхности благодаря 56

четкому определению угла наклона инструмента. Этот угол точно определяет, где начинается наклонная поверхность. Пользователь может выбрать необходимую опцию для игнорирования внешних граней, что предотвращает возможность скругления углов. Это важное конкурентное преимущество EdgeСam по сравнению с другими программами позволяет с высокой точностью обрабатывать углы и не задавать при этом границы.

3.5.4. Постоянный контроль высоты гребешка в цикле чистовой обработки (Constant Cusp Finishing) Цикл генерирует 3D-траекторию, поддерживающую последовательность обработки шаг за шагом. Траектория обработки может быть определена исходя из направляющей кривой или границы. Чистовая проекционная обработка (Projection Finishing) Чистовая проекционная обработка – это метод чистовой обработки детали на основании ее геометрии. Данный метод позволяет с легкостью добиться необходимого качества и высокой скорости обработки всей модели или ее отдельных конструктивных элементов. Стратегии чистовой проекционной обработки EdgeСam позволяют «проецировать»: • 2D-траекторию на 3D-поверхность; • круговые, радиальные, концентрические и спиральные модели на выпуклые участки поверхности и карманы; • пару кривых на траекторию обработки зигзагом вдоль или поперек поверхности.

3.5.5. «Карандашная» фрезерная обработка (Pencil Milling) и чистовая дообработка (Rest Finishing) Данные циклы используются для окончательного удаления ненужного материала, оставшегося после предыдущих этапов обработки более крупным инструментом. «Карандашная» фрезерная обработка (Pencil Milling) позволяет добиться этого за счет простого прохода инструмента по внутреннему краю и линиям пересечения. В то же время Цикл чистовой обработки остатков неровностей поверхности (Rest Finishing) предполагает несколько проходов инструмента и обычно предназначен для обработки внутренних линий. Цикл чистовой обработки плоских участков (Flat Land Finishing) Цикл автоматически определяет плоские зоны модели и использует метод обработки зигзагом или концентрическую очистку этих участков. В комбинации с циклом обработки зигзагом наклонных поверхностей он обеспечивает наиболее эффективную стратегию обработки компонентов сложной формы путем подбора наиболее подходящего инструмента для обработки отдельных участков модели. 57

Цикл чистовой обработки плоских участков в EdgeСam также предполагает удаление остатков материала, не удаленных более крупным инструментом на предыдущих циклах обработки. Многоосевая и многопозиционная обработка (Multi-Axis and MultiPlane Machining) EdgeСam поддерживает обработку отверстий, карманов и поверхностей на различных участках детали. Это сокращает полное время механической обработки и позволяет полностью использовать возможности многоосевой обработки. EdgeСam предлагает полную поддержку многоосевой фрезерной обработки, включая 4-осевую ротационную обработку, 3-осевую обработку с одновременным 2-осевым позиционированием и 5-осевую обработку для обработки несложных поверхностей (рис. 3.24.). EdgeСam легко подбирает оптимальные методы обработки как корпусных деталей, так и сложных поверхностей. Маршруты и траектории обработки объединяются в единый цикл с рациональным подбором инструмента, индексацией положения и исходных данных для подготовки управляющей программы. Визуализатор EdgeСam Simulator отображает все многоосевые и ротационные передвижения, в том числе вдоль нескольких поверхностей, что позволяет визуализировать процесс обработки.

3.5.6. Токарная обработка на станках с ЧПУ Возможности токарной обработки EdgeСam (рис. 3.25) для широкого спектра станков, включая 2-осевые токарные станки, конфигурации станков с несколькими револьверными головками, токарные обрабатывающие центры с противошпинделем, а также токарно-фрезерные станки. На последних фрезерная обработка по осям С, Y и B и сверление осуществляются в рамках одной управляющей программы, поскольку цикл токарной обработки в EdgeСam обеспечивает полностью интегрированное и ассоциативное программное решение. Простота использования и понимание важности длительности цикла обработки, особенно на многофункциональных токарно-фрезерных станках, лежит в основе дальнейшей разработки функций токарной обработки в EdgeСam. EdgeСam обеспечивает расширенные возможности черновой и чистовой токарной обработки, поддерживая при этом функции обработки плоских поверхностей, сверления и пр. Расчет траектории обработки принимает во внимание, как тип используемого инструмента, так и ранее проведенную обработку с целью избежания зарезов и исключения нерабочих проходов режущего инструмента.

58

а)

б) Рис. 3.24. Многоосевая (а) и многопозиционная (б) обработка (Multi-Axis and Multi-Plane Machining) в EdgeСam

59

Рис. 3.25. Моделирование токарной обработки в EdgeСam

Нарезание пазов (Grooving Cycles) Нарезание пазов на внешних, внутренних и лицевых поверхностях для EdgeСam является простой задачей. Это дает возможность программисту создавать сложные стратегии обработки, использующие все преимущества более совершенного дизайна самого инструмента. Нарезание резьбы (Thread Turning) Программой легко поддерживается обработка простой или многозаходной резьбы, в том числе конической. Четырехосевая токарная обработка (4–Axis Turning) Используя EdgeСam, станки с двумя револьверными головками легко программируются и синхронизируются, добиваясь максимальной эффективности (рис. 3.26).

Рис. 3.26. Четырехосевая токарная обработка (4–Axis Turning) в EdgeСam

60

Односторонние и зеркальные циклы работы режущего инструмента используют все возможности обработки материалы, доступные на станках с несколькими револьверными головками. Индивидуальный контроль револьверной головки и ее синхронизация обеспечивают максимальную эффективность. Отдельные инструкции на каждую револьверную головку позволяют легко редактировать точки синхронизации и указания по обработке. Визуализатор EdgeСam Simulator обеспечивает полное 4-осевое представление верхней и нижней револьверной головки, гарантируя, таким образом, проверку надежности процесса еще до начала его работы. Токарная обработка с использованием противошпинделя (Sub– Spindle Turning) EdgeСam предлагает легкий в использовании модуль многоосевой токарной обработки для программирования работы токарных станков с противошпинделем. Как и в случае станков с несколькими револьверными головками, время цикла и способность полностью обработать деталь за одну операцию являются важными критериями при работе с токарными станками с противошпинделем. К основным функциональным возможностям относятся следующие: 1. Интегрированный мастер установок токарного станка помогает произвести подготовку оборудования к работе; 2. Выбор шпинделя осуществляется простым кликом мышкой, в то время как браузер отображает инструкции по каждому шпинделю; 3. Для станков с двумя револьверными головками возможность одновременного просмотра инструкций представляет собой идеальную среду для программирования. Револьверные головки синхронизируются, а для избежания конфликтов при программировании кодов шпинделей четко указывается приоритетная револьверная головка. При этом позиции синхронизации могут быть выбраны таким образом, чтобы сократить время работы оборудования «вхолостую». А отображение временной шкалы с информационными подсказками относительно взаимодействия револьверных головок и шпинделей полезно при проверке программы. 4. Команда Перехват детали другим шпинделем (Sub–spindle pick off) является простой комбинацией функций Подвод шпинделя (Spindle Docking), Захват детали (Part Off) и Перемещение противошпинделя (Move Sub–spindle) и существенно повышает гибкость работы. 5. Благодаря возможностям визуализатора EdgeСam Simulator работа с основным и противошпинделем может производиться одновременно (рис. 3.27). 6. Групповой подход к моделированию обработки включает анимацию перехвата детали и механизма подачи прутка для комплексной проверки работоспособности программы.

61

Рис. 3.27. Токарная обработка с использованием противошпинделя (Sub–Spindle Turning) в EdgeСam

3.5.7. В-осевая механообработка Простая предварительная подготовка механообработки является основой для достижения высокой эффективности как фрезерной, так и токарной обработки на одном и том же станке. EdgeСam обеспечивает полную поддержку В-осевой обработки на станках любого типа, фрезерных или токарных. Это дает пользователю возможность использовать весь спектр представленных циклов фрезерной обработки, сверления к В-осевой обработки на станках различного типа (рис. 3.28). Команды ориентации осей B и C делают ротационное позиционирование легкой задачей. Зафиксировав какую-либо определенную плоскость, Вы можете использовать все возможные циклы, представленные в EdgeСam. Так функция Сохранение угла поворота (Maintain Index) в команде смены инструмента сокращает количество вводимых команд, когда различные операции по механообработке производятся при одном и том же положении. Реалистическая визуализация В-осевой обработки в визуализаторе EdgeСam Simulator позволяет осуществить проверку программы. Фрезерные/токарные станки с осями С и Y Полный перечень циклов фрезерной обработки, механообработки отверстий в EdgeСam может быть реализован на разного типа фрезерных и токарных станках. EdgeСam позволяет запрограммировать инструмент для обработки конкретной поверхности или конкретного диаметра какой-либо компоненты или детали (рис. 3.29). Переключение между режимами работы по осям Y и C осуществляется благодаря одному клику мышкой. Как и в других циклах, визуализатор EdgeСam Simulator обеспечивает возможность визуальной проверки корректности составленной программы еще до ее запуска в действие. В завершение хотелось бы сказать несколько слов о перспективах развития EdgeСam. Уже сегодня, по оценкам крупнейшей консалтинговой фирмы CIMdata, компания Pathtrace является шестым среди крупнейших в 62

мире вендоров систем разработки управляющих программ для станков с ЧПУ и, как показывает практика, выпускает до трех версий ПО в год, каждая из которых значительно отличается от предыдущих.

Рис. 3.28. В-осевая механообработка в EdgeСam

Рис. 3.29. Фрезерные/токарные станки с осями С и Y в EdgeСam

63

Сейчас ожидается восьмая версия программы, выход которой уже анонсирован в прессе. По предварительным прогнозам, в ней должен быть существенно усовершенствован токарный модуль для поддержки токарной обработки с использованием противошпинделя и B-осевого фрезерования. Расширятся возможности HSM за счет поддержки трохоидальной траектории. Дальнейшее развитие также получит менеджер стратегий: появится возможность автоматической обработки карманов и еще целый рад улучшений. Это говорит о наличии широкого спектра перспектив развития данной программы, основная цель которого – создание максимально эффективного инструмента для технологов, позволяющего получить необходимый результат с наименьшими затратами времени и сил.

3.6. ADEM ADEM (англ. Automated Design Engineering Manufacturing) – российская интегрированная CAD/CAM/CAPP-система, предназначенная для автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП). Разработка системы была начата в 90-х годах двумя основными группами разработчиков из Москвы (конструкторский САПР «CherryCAD» – лауреат премии Совета Министров СССР 1990 года) и Ижевска (технологический САПР «Катран»). ADEM был создан, как единый продукт, включающий в себя инструментарий для проектантов и конструкторов (CAD), технологов (CAPP) и программистов ЧПУ (CAM). Поэтому он содержит нескольких различных предметно-ориентированных САПР под единой логикой управления и на единой информационной базе.

3.6.1. Описание системы Любое производство начинается с проектирования и дальнейшего запуска конструкторской и технологической документации согласно действующим на территории России стандартам ЕСКД и ЕСТД. Эффективность подготовительной стадии производства определяется степенью автоматизации предприятия. Специалисты, так или иначе связанные с моделированием и выполнением чертежно-графических работ, не могут обойтись без современной системы автоматизированного проектирования. Такой, например, как отечественная CAD/CAM/CAPP/CAE-система ADEM разработки компании «АДЕМ Технолоджиз». Организация и поддержка процесса сквозного проектирования – основное преимущество программного комплекса. Различные стадии подготовки производства определяют круг задач, решаемых в системе: • Компьютерная обработка бумажных чертежей; • Плоское моделирование, черчение; • Оформление конструкторской документации; 64

• Оформление спецификаций; • Работа с архивами, документооборот; • Объемное твердотельное моделирование; • Объемное поверхностное и гибридное моделирование; • Получение чертежей от объемной модели; • Анализ геометрии и корректности конструкции; • Проектирование и планирование техпроцессов; • Плоское фрезерование 2x – 2,5x; • Объемное фрезерование 3x – 5x; • Квазиобъемное фрезерование (Z-level); • Карандашная обработка; • Фрезерование недоступных зон; • Зонная и комбинированная обработка; • Токарная обработка; • Электроэрозия 2x – 4x; • Листоштамповка; • Ведение инженерных расчетов при помощи подключаемых модулей; • Выпуск конструкторской документации в соответствии с действующими стандартами по ЕСКД; • Проектирование операции обработки изделия на оборудовании с ЧПУ; • Получение и передача управляющей программы на конкретную стойку с ЧПУ; • Отработка технологии изготовления до получения изделия в металле. Наряду с широкой функциональностью, система обладает важными свойствами – быстротой освоения, удобством работы, уникальной системой адаптации и скоростью получения готового результата. Эргономически обоснованный с учетом мнений пользователей, интерфейс ADEM позволяет с минимальными трудозатратами и в кратчайший срок освоить и внедрить средство автоматизации. Причем, применение системы возможно для решения как сложных, так и достаточно простых конструкторских и технологических задач, что выгодно отличает ее среди прочих продуктов среднего и тяжелого уровня. CAD/CAM/CAPP/CAE ADEM – глубоко интегрированная система, условно разделенная на три основных модуля: 1. ADEM CAD (конструкторская часть) – универсальный 2D- и 3Dредактор, обеспечивающий как выпуск качественной конструкторской документации, так и трехмерное твердотельное и поверхностное моделирование, математическим ядром которого является ACIS последнего поколения; 65

2. ADEM CAM (технологическая часть) – подготовка управляющих программ для плоскостной и объемной (до 5Х) обработки деталей; 3. ADEM CAPP (подготовка полных комплектов конструкторской и технологической документации). В качестве CAE модуля используется система инженерных расчетов «АPМ WinMachine» партнерской фирмы «НТЦ АПМ». Для генерации постпроцессоров для всех типов стоек с ЧПУ используется модуль ADEM GPP. Ведение и структурирование создаваемых документов производится модулем АDЕМ Vault. Поэтому, с точки зрения управления, система ADEM поддерживает единый структурированный конструкторскотехнологический объект. CAD/CAM/CAPP/CAE ADEM – система сквозного проектирования, решающая широкий спектр задач от формирования облика изделия до подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ. Система обеспечивает подготовку конструкторской и технической документации, создание и импорт из других САПР объемных моделей изделия и формирование управляющих программ Параметризация 2 типов, работа со сканированными изображениями, адаптация созданных УП для любого оборудования с ЧПУ, трехмерная динамическая симуляция обработки, отлаженный обмен данными с другими системами – все это делает ADEM мощным инструментом конструктора-технолога. Наличие русскоязычной версии (в том числе уникальной возможности переключения языка интерфейса между четырьмя языками), поддержка стандартов ЕСКД, ANSI, многофункциональность системы, совместно с интуитивно понятным интерфейсом, делают возможным применение ADEM как в КБ, так и непосредственно на производстве. Систему с равным успехом можно применять в различных областях: машиностроении, различного рода производства, приборостроении, строительстве, авиации, в атомной, аэрокосмической промышленности, металлургии, станкостроении. Рабочие места CAD/CAM/CAPP/CAE ADEM по желанию пользователя комплектуются информационно-поисковой системой «СТАНДАРТГОСТ», которая позволяет эффективно работать с действующими документами ГОССТАНДАРТА РФ. CAD/CAM/CAPP/CAE система ADEM имеет Сертификат соответствия № РОСС RU.ME20.H00475 от Госстандарта России. Система ADEM успешно используется на предприятиях России, стран СНГ, Германии, Греции, Швейцарии на станках с ЧПУ, как для плоской, так и для объемной обработки (2, 2,5, 3, 5-координатной обработки на фрезерных, сверлильно-расточных, токарных, электроэрозионных станках, листо-пробивных прессах с ЧПУ). Параметризация 2 типов, работа со сканированными изображениями, адаптация созданных УП для любого обо66

рудования с ЧПУ, трехмерная динамическая симуляция обработки, отлаженный обмен данными с другими системами – все это делает ADEM мощным инструментом конструктора-технолога. Наличие русскоязычной версии (в том числе уникальной возможности переключения языка интерфейса между четырьмя языками), поддержка стандартов ЕСКД, ANSI, многофункциональность системы, совместно с интуитивно понятным интерфейсом, делают возможным применение ADEM как в КБ, так и непосредственно на производстве. Систему с равным успехом можно применять в различных областях: машиностроении, различного рода производства, приборостроении, строительстве, авиации, в атомной, аэрокосмической промышленности, металлургии, станкостроении. Рабочие места CAD/CAM/CAPP/CAE ADEM по желанию пользователя комплектуются информационно-поисковой системой «СТАНДАРТГОСТ», которая позволяет эффективно работать с действующими документами ГОССТАНДАРТА РФ. CAD/CAM/CAPP/CAE-система ADEM имеет Сертификат соответствия № РОСС RU.ME20.H00475 от Госстандарта России. Система ADEM успешно используется на предприятиях России, стран СНГ, Германии, Греции, Швейцарии.

3.6.2. Краткое описание функций в ADEM Компьютерная обработка бумажных чертежей Методика работы с бумажными чертежами в системе ADEM сводится к сканированию их в различные BitMap форматы (BMP,TIFF, PCX, JPEG и т.п.). Далее использование фильтров и встроенного растрового редактора для чистки мусора и удаления ненужной информации. Проведение различных операций с выделенными частями изображения: перенос, поворот, копирование, зеркальное отражение, масштабирование (рис. 3.30). Дополнение чертежа новой информацией в векторном исполнении осуществляется средствами чертежной части системы ADEM поверх растрового изображения. При этом пользователь может использовать привязки к растрам, что упрощает стыковку растрового и векторного изображений. Полученный гибридный чертеж может быть сохранен в виде отдельного документа и выведен на принтеры и плоттеры. Таким образом, решается задача хранения в электронном виде и внесения изменений в чертежи, выполненные в бумажном виде. Плоское моделирование, черчение Черчение в системе ADEM основывается на двух схемах: классической схеме c использованием элементов (отрезок, ломаная, окружность, кривая и т.п.) и методов их построения (по точкам, касательно, перпендикулярно и т.п.) с использованием связных контуров и булевых операций. 67

Первая схема традиционна для большинства современных CAD систем и в пояснениях не нуждается. Второй вариант позволяет пользователю мыслить объектами более высокого уровня, нежели отдельные дуги и отрезки (рис. 3.31).

Рис. 3.30. Обработка бумажных чертежей

В его распоряжении находятся так называемые связные контуры, которые он может модифицировать, не разрушая их целостности и внутренних условий сопряжения. Более того он может производить с ними операции сложения, вычитания, дополнения, создавая новые конструкции.

Рис. 3.31. Плоское моделирование

Этот метод имеет важное преимущество – позволяет вести творческий поиск будущей геометрии в условиях неопределенности. Проще говоря, изначально конструктор может представить объект в виде квадрата, и последовательно модифицируя его, получить окончательную конструкцию в виде неограниченной по сложности геометрии. Оба эти способа всегда 68

доступны конструктору, так же как и их комбинация. Импортированные в ADEM чертежи приобретают новые свойства, и могут быть параметризованы так же как и оригинальные чертежи ADEM. Оформление конструкторской документации Способы оформления документации в системе ADEM едины как для начерченных в системе объектов, так и для импортированных извне или полученных в результате проецирования 3D-модели. ADEM поддерживает несколько стандартов оформления чертежной конструкторской документации (рис. 3.32). Особое внимание уделено ЕСКД. Большая часть стандартной графики содержится непосредственно в ядре системы. Например, такие параметры как типы линий, штриховки, текстовые шрифты, размерные линии, условные обозначения и др. настраиваются автоматически в зависимости от выбранного пользователем стандарта исполнения чертежей. Другая часть выполнена в виде библиотек, которые входят в поставку системы по умолчанию. Это элементы крепежа, различные элементы схем и прочее. Практически любая часть, относящаяся к стандартной графике, может быть дополнена, модифицирована или заменена. Так, например, конструктор может создать свои штриховки, свои условные обозначения, свои библиотеки фрагментов.

Рис. 3.32. Конструкторская документация

Несложные механизмы адаптации делают систему открытой и универсальной в плане оформления и повышения автоматизации оформления чертежной конструкторской документации. 69

В системе одинаково эффективно можно строить чертежи: деталей, сборочные, общего вида, теоретические, габаритные, монтажные, ремонтные. Глобальные операции над чертежами позволяют быстро переводить чертежи одного вида в другой. Оформление спецификаций Если работа над изделием ведется с применением модуля ADEM TDM, то генерация спецификаций производится практически в автоматическом режиме (рис. 3.33). Нередко требуется автономное создание спецификации в рамках работы над сборочным чертежом. Алгоритм создания спецификаций в автономном режиме следующий: Для начала надо ввести в дерево спецификаций данные о документах, комплексах, сборочных единицах, деталях, стандартных изделиях, прочих изделиях, материалах, комплектах. После чего запускается программа автоматической нумерации, в ходе которой система сортирует элементы в соответствии с ЕСКД и присвоит каждому из них номер. Далее конструктор должен показать, какому элементу в чертеже соответствует элемент сборки. В позицию на чертеже будет поставлен соответствующий номер и в дереве он будет помечен так же. Если выполнить изменение нумерации элементов в дереве спецификации, то эти изменения автоматически отобразятся на чертеже. И последнее – команда на формирование спецификации. В результате этой операции данные система автоматически расположит данные в бланках спецификации. Их можно расположить либо на поле чертежа, либо сохранить в виде отдельного документа.

Рис. 3.33. Составление спецификации

70

Работа с архивами, документооборот Работа в едином конструкторско-технологическом пространстве требует и особых правил взаимодействия между пользователями. И в данной ситуации не обойтись без систем управления проектными данными. В рамках системы ADEM данные задачи решает встроенный модуль ADEMVault, который можно отнести к классу «легких» PDM-систем. Авторизованный доступ к хранилищу, защита документов от несанкционированного доступа, обеспечение коллективной работы с документами, ведение версий документов, поиск по атрибутам, генерация различного вида отчетов и ведомостей – это далеко неполный список возможностей ADEMVault (рис. 3.34). Поскольку структура архива формируется самим пользователем, то нет никаких ограничений на способы и место его применения. Можно применить архив в КБ или ТБ для обеспечения контроля выполнения заданных работ, можно использовать индивидуально, как личный архив документов. Но наибольший интерес, и это подтверждается на практике, представляет использование архива как средство работы с составом изделия. В этом случае, можно контролировать процесс выполнения изделия, выпускать различного вида ведомости в целом по изделию и т.д. Использование архива при оформлении спецификации позволяет исключить утомительный ручной ввод данных о сборочных единицах и деталях, входящих в состав изделия – вся требуемая информация автоматически передается в спецификацию.

Рис. 3.34. Работа с архивом

71

Но электронный архив ADEMVault это не замкнутая система, способная только хранить ADEM документы. Возможность передавать накопленную информацию (данные спецификаций, технологических процессов и ведомостей) в другие системы позволяет интегрироваться с системами управления предприятием. Способы передачи данных могут быть различными: тексты, таблицы баз данных и др. Но самым перспективным, на наш взгляд, является передача информации с использование языка XML, который позволяет передавать и сами данные, и, что главное, структурные связи между этими данными. Объемное твердотельное моделирование Платформу для объемного моделирования в системе ADEM составляют два способа создания исходных профилей: применение плоской чертежной конструкторской части, которая функционирует в любой выбранной пространственной системе координат создание пространственных проволочных объектов. Любые плоские и пространственные объекты ADEM могут быть использованы для построения объемных тел (рис. 3.35). И наоборот, любые тела могут быть задействованы для создания плоских и пространственных объектов. Таким образом, обеспечивается единое 2D/3Dпространство, значительную часть которого составляют привычные для конструктора плоские методы проектирования. В список способов построения объемных тел входят практически все известные методы: смещение, движение, вращение, по сечениям, по сетке, слияние и др.

Рис. 3.35. Объемное моделирование

К модифицирующим операциям относятся: скругление постоянным и переменным радиусом, создание фасок, булевы операции и множество их комбинаций. Многое реализовано в виде комплексных процедур, как например, создание ярусных отверстий, построение тела по трем видам. Не72

которые прикладные задачи, такие как построение оболочек, нахождение линий разъема, литейных и штамповочных уклонов также включены в состав основной функциональности системы. Как и все современные CAD/CAM/CAPP-системы, ADEM имеет дерево построения объемной модели и возможность внесения в него изменений с последующей регенерацией модели. Важным является тот факт, что при редактировании или построении какого либо профиля конструктор имеет доступ ко всем объектам пространства или к их проекциям на рабочую плоскость для привязок и ссылок. Еще одна интересная особенность состоит в том, что в качестве профилей могут быть использованы проекции плоских элементов на объемные тела или поверхности. Для этого разработан обширный аппарат проецирования, куда входят прямые, нормальные и параметрические проекции, плюс еще накатка без искажения. Модели из других систем, имеющие дефекты, могут быть автоматически или полуавтоматически исправлены средствами ADEM. Для обмена данными встроены интерфейсы: SAT, STEP, VDA, IGES, CATIA, а также STL – для технологий быстрого прототипирования и IDF (BRD) – для генерации объемных и плоских сборок печатных плат. Отметим также возможности создавать каталоги элементов и стандартные поставки каталогов крепежа и электронных устройств. Объемное поверхностное и гибридное моделирование Там, где не справляются с решением задач методы твердотельного моделирования, там следует обращаться к локальным операциям. В ADEM включена довольно развитая функциональность, свойственная системам поверхностного моделирования. Причем переход от твердых тел к поверхностям и обратно здесь так прост и естественен, что пользователь даже не всегда осознает, какой методикой он пользуется в данный момент. Дело в том, что отдельно выделенная поверхность или группа поверхностей в системе является равноправным объемным телом, с которым можно производить не только локальные: обрезка, продление, перетяжка и т.п., но и все остальные процедуры: булевы, скругления и т.д. Интересны в этом плане комплексные функции, основанные на гибридном моделировании, такие как восстановление острых углов и отсутствующих частей. Одной из самых сложных процедур гибридного моделирования является изменение модели за счет изменения положения ее вершин. В ряде случаев эта возможность приносит больший эффект по сравнению с внесением изменений через дерево проекта. Получение чертежей от объемной модели При проектировании от объемной модели ADEM предоставляет возможность полуавтоматического построения чертежей на ее основе (рис. 3.36). При этом действия пользователя эквивалентны традиционной логике 73

проекционного черчения. Вначале конструктор осуществляет выбор необходимых ему основных видов из предлагаемого меню. Система автоматически создает соответствующие проекции с удалением или штриховым исполнением невидимых линий. Размещение проекция на бланке чертежа осуществляется простым указанием курсором на поле. Построение дополнительных видов, сечений, разрезов сводится к нанесению на поле чертежа стрелок видов и линий разрезов в обычном режиме плоского черчения. При этом система автоматически распознает пространственное положение этих объектов по отношению к модели и создает необходимые изображения, которые конструктор также помещает на чертеж, указывая положение на поле. Важно, что модель и чертеж имеют ассоциативную связь. Если модель изменяется (или заменяется), то виды, разрезы, сечения меняются автоматически. Изменение направления стрелок видов или линий сечений также приводят к изменению соответствующих видов и сечений. Дальнейшее оформление чертежа производится тем же способом, что и при простом плоском черчении. Но при этом, система автоматически выстраивает связи элементов оформления с моделью. Поэтому, при внесении изменений в модель, положение например условных обозначений, будет меняться соответственно.

Рис. 3.36. Построение чертежа на основе модели

Очень важным является тот факт, что работа конструктора ведется в едином пространстве модели и чертежа с единой логикой управления. Более того, возможность хранение модели и чертежей, относящихся к ней, в одном документе является серьезной базой для дальнейшей конструкторско-технологической работы над изделием. 74

Анализ геометрии и корректности конструкции Геометрическая модель изделия уже является критерием возможности существования эквивалентного материального объекта. Но на практике требуется выполнение еще ряда критериев, которым должна удовлетворять конструкция. К ним можно отнести массо-инерционные характеристики объекта, прочность, устойчивость, технологичность и многое другое. Часто используемая функция – определение геометрических характеристик плоских и объемных объектов. Система автоматически рассчитывает все интегральные характеристики: объем, моменты инерции, координаты центра тяжести, главный тензор, моменты сопротивления, площадь поверхности, периметр плоских тел. В ряде случаев конструктор может задать нужное ему значение и получить измененную в соответствии с этим геометрию объекта. Анализ взаимопересечений объектов важен для задач компоновки и сборки. Для этого, пользователь выбирает объекты, взаимопересечение которых он хочет определить, система производит анализ и оставляет в группе только те объекты, у которых есть взаимопроникновение. Используя эту информацию, конструктор может принимать то или иное решение для исправления ситуации. Анализ соответствия геометрии нанесенным размерам. Не секрет, что чертежи, выполненный в соответствии со стандартами имеют право содержать условности в изображении геометрии. Да и просто от ошибок никто не застрахован. Нередко случаются ситуации, когда начертание геометрии в соответствии с указанными размерами приводит к результату существенно отличному от того, что замыслил и изобразил в чертеже конструктор. Система ADEM автоматически проводит подобный анализ и информирует пользователя о несоответствиях. Этот анализ играет очень важное значение и в тех случаях, когда предполагается использовать чертеж в качестве модели, например, для подготовки управляющих программ ЧПУ. Для технологической подготовки производства может быть необходим также топологический анализ объемных объектов. Нарушение топологических связей может свидетельствовать о разрывах в модели. Подобные коллизии не отразятся на работе модуля ADEM CAM, который будет вести подготовку программы для ЧПУ, но могут приводить к формированию ненужных возмущений в траектории движения инструмента, что крайне вредно особенно для высокоскоростной обработки. Для прикладных задач анализа методами конечного элемента система ADEM имеет встроенный MSH интерфейс, который готовит сетки различного типа на основе объемных моделей. Пользователь имеет возможность управлять несколькими ограничивающими параметрами для достижения лучшего результата расчетов. 75

Проектирование и планирование техпроцессов Разработанный в программно-ориентированной среде AdemTDM, модуль проектирования технологических процессов AdemCAPP позволяет проектировать технологические процессы на различные виды производства: механообработка, сборка, сварка, гальваника, покраска, штамповка, термообработка и др. (рис. 3.37). Глубоко проработанный интерфейс пользователя и наполненность баз данных технологического оснащения позволяет инженеру-технологу быстро и просто создать оптимальный единичный, типовой или групповой технологический процесс. Создание операционных эскизов осуществляется в модуле AdemCAD. При использовании совместно с модулем AdemCAM, кроме получения управляющей программы обработки на станках с ЧПУ, информация передается в модуль проектирования ТП и может быть использована для оформления карт наладок или как часть самого технологического процесса. В состав модуля включен блок расчета режимов резания и времени обработки, выполненный в соответствии с «Общемашиностроительными нормативами времени и режимов резания для нормирования работ». Использование данного блока расчетов на предприятиях, где технологи в обязательном порядке указывают в тех. документации «основное время обработки», сократит сроки разработки технологической документации, т.к. технологу (особенно неопытному) не потребуется постоянно листать справочники, выискивая в таблицах параметры необходимые для расчета, и производить расчеты на калькуляторе – система сделает это за него.

Рис. 3.37. Проектирование технологических процессов

76

Имеется возможность формировать различные ведомости и отчеты, например, в дополнение к собственно проектированию маршрута обработки, AdemCAPP предоставляет возможность создания ведомости деталей к любому из спроектированных типовых технологических процессов. Формировать ведомости можно для единичного ТП, например, ведомость оснастки для ТП механообработки или ведомость материалов для ТП сборки/сварки, а при использовании архива AdemVault – сводные ведомости по всему изделию (сводные ведомости материалов, инструмента, оборудования и др.) Отличительной особенностью модуля является легкая адаптируемость под условия конкретного предприятия. Большое количество единиц оборудования и технологического оснащения (более 4000), полный классификатор операций, разнообразные, выполненные по ГОСТ, выходные формы (более 50) – позволяют сразу после инсталляции системы получать требуемую технологическую документацию. В случае, если полученный результат не соответствует требованиям конкретного предприятия (что часто является нормой, а не исключением) – можно провести более глубокую адаптацию. Под этим понимается не только модификация нормативно – справочной информации системы, но и возможность перенастраивания интерфейсной части системы и самой логики проектирования. Программный доступ к дереву технологического процесса позволяет организовать экспорт информации в любую систему управления предприятием. Плоское фрезерование 2x – 2,5x Начиная с самых ранних версий системы, данному виду обработки уделялось большое внимание (рис. 3.38). Следуя общим традициям проектирования технологических процессов, обработка на оборудовании с ЧПУ представляется в системе АДЕМ набором операций и переходов, что делает процесс проектирования обработки практически одинаковым как для универсального, так и для программного оборудования. По аналогии с конструкторской частью системы, плоскую обработку можно задавать как на уровне элементарных перемещений и технологических команд, так и используя укрупненные объекты – «Конструктивные элементы». Применение последних значительно ускоряет процесс создания ЧПУ программы, поскольку конструктивные элементы помимо геометрии содержат информацию о типе объекта и возможном способе его обработки. Например, конструктивный элемент КОЛОДЕЦ обязательно должен иметь дно, которое не может быть повреждено ни при каких обстоятельствах. Применение подобной методики проектирования позволило создать, так называемое «Прощающее проектирование», когда система исправляет ошибки пользователя, задавшего неверные технологические параметры для обработки текущего элемента. Плоское фрезерование имеет множество различных стратегий обработки: зигзаг/петля, прямая и обратная эквидистанты, спираль, контурный 77

зигзаг и многие другие. Конструктивный элемент может содержать произвольное число внутренних островов различной высоты и сквозных отверстий на дне. Версия A7 распознает подобные случаи и формирует обработку таким образом, чтобы автоматически доработать острова, лежащие ниже других или не формировать перемещения в воздухе. Модуль плоского фрезерования имеет уникальную возможность обработки элементов, имеющих произвольный профиль стенки. Профиль может быть определен углом наклона стенки, задан отдельным контуром или формироваться автоматически по двум контурам. Например, можно обработать колодец или окно, у которых верхнее ребро является квадратом, а нижнее – окружностью. В процессе обработки можно контролировать качество поверхности, определив максимальную высоту оставляемого гребешка.

Рис. 3.38. Плоское фрезерование

По предложениям пользователей, плоская обработка в версия АДЕМ А7 дополнена рядом новых возможностей: отдельная глубина резанья на последнем проходе; врезание по контурной спирали, обеспечивающее 100% выполнение операции с полным контролем столкновений, замена способа врезания в случае возникновения коллизий при спиральном методе врезании и др. Заметим, что основные улучшения в 2 – 2,5-координатном фрезеровании версии АДЕМ А7 были проведены именно в области контроля коллизий между инструментом и деталью, в первую очередь при выполнении операций врезания и подходах/отходах к контуру, обеспечивая максимально возможный контроль. Объемное фрезерование 3x – 5x Следующим этапом развития методов обработки в системе стало появление механизмов объемной обработки (рис. 3.39). Следует сразу отме78

тить, что АДЕМ не использует так называемое «триангулирование» поверхностей, что существенно улучшает качество получаемой поверхности и уменьшает время расчета. Для обеспечения контроля допускается использование контрольных поверхностей и ограничивающих контуров. Последние не только повышают гибкость и удобство работы, но и позволяют реализовать подмену объемной модели в проектах с уже отлаженной технологией. На фрезеруемые и чековые поверхности можно назначить различный оставляемый припуск. Объемное фрезерование поддерживает различные стратегии черновой, получистовой и чистовой обработки: зигзаг с произвольным углом, контурный зигзаг, спираль, обработка по UV-линиям и др.

Рис. 3.39. Объемное фрезерование

Качество обработки определяется высотой гребешка и/или глубиной резанья, при совместном использовании этих параметров АДЕМ выбирает для следующего прохода наиболее оптимальный из них. Объем управляющей программы можно регулировать, задавая точность аппроксимации и замену линейных перемещений дугами. АДЕМ позволяет выполнить автоматическое «затягивание» разрывов между поверхностями в процессе обработки. Для ограничения зоны обработки, например для выделения элементов детали близких к вертикали или горизонтали, можно использовать специальный вид обработки с диапазоном углов. Подходы и отходы к поверхности могут быть выполнены по разным схемам, в зависимости от конкретных условий обработки. Кроме этого, в 5координатной обработке разворот инструмента происходит в начале участка подхода, таким образом, к обрабатываемой поверхности он подводится под нужным углом. Помимо, традиционного многоосевого фрезерова79

ния, в АДЕМ реализована 5-координатная обработка малкованных стенок боковой частью фрезы. Квазиобъемное фрезерование (Z-level) На практике объемные модели редко обрабатываются за один проход. В первую очередь производят черновую обработку, которая по стратегии формирования траектории похожа на плоскую многоуровневую обработку, с той лишь разницей, что при расчетах необходимо учитывать объемную модель. В результате получается ступенчатая поверхность, пригодная для последующей чистовой обработки, которая также бывает многопроходной. Для реализации таких видов обработки в системе АДЕМ существует модуль обработки с постоянной плоскостью (Z-level) (рис. 3.40). С его помощь можно выполнять черновую и чистовую обработку объемных моделей на 2,5-координатных станках, управляя количеством проходов на каждом уровне. Качество поверхности регулируется числом проходов по координате Z или максимальной высотой оставляемого гребешка. Как и в объемной обработке, наряду с обрабатываемыми поверхностями, можно определять чековые поверхности, обработка которых запрещена, а также определять ограничивающие контура. На каждом слое могут быть заданы условия подхода/отхода к обрабатываемому объекту. Пользователи могут регулировать направление обработки – снизу или сверху. В настоящий момент модуль поддерживает обработку концевыми, торовыми и шаровыми фрезами, однако в ближайших версиях ожидается поддержка дисковых фрез, что позволит выполнять обработку так называемых «теневых» зон.

Рис. 3.40. Квазиобъемное фрезерование

80

Фрезерование недоступных зон Не секрет, что при любом виде обработки, могут оставаться зоны недоступности или участки материала, оставшиеся после предыдущих проходов. Они могут появляться или исчезать в зависимости от формы, диаметра инструмента и геометрии обрабатываемого элемента. Во время расчета траектории движения инструмента АДЕМ автоматически выделяет недоступные зоны и сохраняет их. Позже можно выполнить доработку оставшегося материала инструментом меньшего диаметра, используя другую стратегию обработки, не указывая эти зоны дополнительно (рис. 3.41). АДЕМ с успехом поддерживает выделение и обработку недоступных зон, как при плоской, так и при 3-координатной фрезерной обработке, используя единые правила и параметры для определения операции подбора. Если в обработке используются прижимы, то зоны недоступности, имеющие общие точки с прижимами, исключаются из списка зон подлежавших обработке.

Рис. 3.41. Фрезерование недоступных зон

Карандашная обработка Карандашная обработка (рис. 3.42) является одной из разновидностей доработки недоступных зон и заключается в автоматическом обнаружении и обработке внутренних скруглений, радиус которых совпадает с радиусом заточки режущего инструмента. В версии АДЕМ А7 данный метод был усовершенствован таким образом, чтобы обеспечить обработку постоянных и переменных скруглений. «Переменность» скругления часто обусловлена неточностью построения или импорта моделей, в результате чего, скругления с постоянным радиусом превращаются в переменные. Для улучшения качества поверхности можно задавать требуемое количество проходов. 81

Зонная и комбинированная обработка Зонная обработка, как метод изготовления корпусных деталей, известна давно. Часто этот же способ используется для обработки однотипных деталей в многоместных приспособлениях. Для определения данного вида обработки в АДЕМ могут использоваться как плоская, так и объемная модели (рис. 3.43). В первом случае, формируется список зон обработки с описанием их взаимного пространственного положения, точки начала цикла, безопасной позиции смены инструмента, соответствия осей и др. Далее, при составлении маршрута обработки, указывается зона, которой принадлежит вновь создаваемый объект, а система автоматически формирует команды поворота рабочего стола станка для установки нужной зоны обработки.

Рис. 3.42. Карандашная обработка

Рис. 3.43. Зонная обработка

82

Второй метод предполагает использование объемной модели в качестве источника информации о взаимном расположении обрабатываемых объектов и допускает совместное использование 2,5 и 3-координатной обработки. Такой вид обработки в АДЕМ называется комбинированный (рис. 3.44).

Рис. 3.44. Комбинированная обработка

Пространственное расположение зон обработки определяется автоматически и передается в постпроцессор для формирования команд поворота. Токарная обработка Токарная обработка (рис. 3.45) – это, пожалуй, самый востребованный вид обработки. Несмотря на кажущуюся простоту, создание токарных программ часто имеет больше особенностей и требует гибкости при программировании. Поэтому в последнее время развитию этого вида обработка в системе АДЕМ уделялось большое внимание. Реализованы следующие стратегии обработки: • Предварительная • Черновая и чистовая • Черновая и чистовая прорезная • Смещенная • Контурная На любую схему обработки можно наложить условие движения зигзагом, что существенно сокращает количество холостых перемещений. Поддерживаются различные направления обработки, схемы врезания, подхода и отхода к обрабатываемому контуру. Версия АДЕМ А7 позволяет рассчитывать траекторию, учитывая геометрию заготовки, режущей пластинки, 83

резцедержателя, патрона и различных приспособлений. Имеется возможность создавать и использовать библиотеки инструментов и приспособлений. В процессе расчетов осуществляется полный контроль коллизий между элементами станка и деталью, как на черновых, так и на чистовых проходах.

Рис. 3.45. Токарная обработка

Система может выполнить автоматическую смену инструмента после заданного количества проходов или обработки участка траектории определенной длины. Реализовано автоматическое выделения поднутрений, выстой инструмента при обработке на малых оборотах шпинделя, снятие дефектного слоя перед обработкой, задание разного припуска на вертикальные и горизонтальные участки и много другое. Версия А7 обеспечивает контурную и эквидистнатную радиусную коррекцию, а также дополнительный корректор для прорезных пластинок. Для поддержки современных двухшпиндельных станков в системе реализована двухтурретная обработка и средства синхронизации работы обеих инструментальных головок. Электроэрозионная 2x – 4x В современном инструментальном производстве наряду с объемным фрезерованием очень часто используется электроэрозионная обработка (рис. 3.46). Возможности модуля плоской обработки позволяют управлять не только электроэрозионными, но и, например, станками водяной, газовой и лазерной резки. Значительно больший интерес представляют возможности 4-координатной обработки. Исходной информацией служат два конту84

ра, образующие верхнюю и нижнюю грани. Для более точной обработки можно определить несколько проходов, задавая соответствующие режимы работы генератора для каждого. Если угол стенки обрабатываемой детали является постоянным, то АДЕМ имеет возможность сформировать соответствующие команды станку, выдав указанный угол в начале управляющей программы. Вообще говоря, формирование траектории может быть выполнено разными способами, в зависимости от типа станка, указанного в постпроцессоре: • углами отклонения проволоки (вдоль вектора движения); • единичными векторами, определяющими положение проволоки; • двумя контурами.

Рис. 3.46. Электроэрозионная обработка

В составе библиотеки постпроцессоров поставляются отлаженные в реальных производственных условиях постпроцессоры на станки таких фирм как SODIK, AGIE и других. Листоштамповка В последнее время, наблюдается устойчивый интерес к листоштамповочному оборудованию. Применение прессов с ЧПУ позволяет значительно упростить процесс изготовления корпусов, избегая использования дорогостоящей инструментальной оснастки. Версия АДЕМ А7 имеет в своем составе специальный модуль для проектирования управляющих программ для прессов с ЧПУ (рис. 3.47).

85

Имеется возможность обрабатывать различные элементы конструкции, используя как одиночные циклы вырубки, вырубки с нахлестом, так и режим вибровысечки. Модуль поддерживает работу с различными видами пуансонов. Для изготовления крупно-габаритных деталей, размер которых

Рис. 3.47. Листовая штамповка

превышает размеры рабочей зоны можно воспользоваться технологической командой перехват. Для обработки однотипных областей можно задействовать механизм станочных подпрограмм.

3.7. CREO Созданная из Pro/ENGINEER, CoCreate и ProductView, система Creo представляет собой набор совместимых приложений, которые предназначены для сотрудников, выполняющих на предприятии разные функции.

3.7.1. Приложения Creo AnyRole Apps: простота в использовании. Приложение позволяет выбирать инструменты и интерфейс CAD/CAM/CAPP-системы в зависимости от рабочих задач сотрудников и роли, которую они выполняют на предприятии. Интерфейс меняется в зависимости от роли, которую сотрудник выполняет на предприятии. Это облегчает сотрудникам не инженерных специальностей работу с CAD/CAM/CAPP-системой, позволяет им более эффективно взаимодействовать с коллегами. AnyMode Modeling: широкая функциональность. Приложение представляет собой мультивариантную платформу для проектирования. С его помощью можно выбирать метод проектирования: 2D-, прямое 3D- и па86

раметрическое 3D-моделирование Данные, созданные в любом из режимов, полностью доступны для изменения и повторного использования в других режимах, что позволяет работать как с собственными данными, так и данными, полученными от других пользователей, в любой парадигме по выбору. AnyData Adoption: технологическая открытость. Приложение позволяет использовать в Creo данные, созданные в других системах автоматизированного проектирования, сокращая высокую стоимость перехода на новые технологии. AnyBOM Assembly: управление созданием сложных изделий: Это приложение призвано упростить управление большими конфигурируемыми сборками благодаря использованию ядра Windchill – системы управления инженерными данными и проектами. Creo Parametric (ранее Pro/ENGINEER) – мощное средство обеспечения высочайшего качества и точных цифровых моделей. Creo Parametric является основным инструментом в системе разработки изделий PTC, который позволяет детально определить форму, функции и пригодность продуктов. Подключение к Интернету позволяет группам иметь доступ к необходимым ресурсам, информации и возможностям — от концептуальной разработки до изготовления продуктов. Надежные цифровые модели Creo Parametric являются полностью ассоциативными. Сделанные где бы то ни было, изменения продукта приводят к повсеместному обновлению конечных результатов. Это обеспечивает доверие к цифровым продуктам, необходимое для инвестирования значительного капитала в привлечение ресурсов, производственные мощности и организацию массового производства. Полный набор решений CAD/CAM/CAE на единой интегрированной платформе. От проектно-конструкторских служб и производственных компаний постоянно требуется разрабатывать все больше изделий за меньшее время, не жертвуя при этом ни новизной, ни качеством. Интегрированные решения CAD/CAM/CAE Creo Parametric являются общепризнанным стандартом и дают пользователю все необходимое для сокращения времени и повышения качества проектирования. Неограниченная масштабируемость Creo Parametric позволяет по мере роста потребностей увеличивать число пользователей и благодаря подключению новых модулей расширять функциональные возможности системы. Поскольку продукт Creo Parametric является неотъемлемой частью Системы Разработки Изделий (Product Development System) PTC, пользовательские средства автоматизированного 3D-проектирования могут быть успешно интегрированы с лучшими в отрасли решениями PTC. К ним относятся Windchill для управления информацией и процессами, Creo View (ранее ProductView™) для создания сложных моделей и интерактивной 87

визуализации, Mathcad Prime для инженерных расчетов и Arbortext для динамической публикации документов.

3.7.2. Модульные составляющие Creo Advanced Assembly Extension Основное назначение пакета – облегчить работу с большими сборками (рис. 3.48). Включены средства для расширенной визуализации и создания маршрутных карт сборки. • Создание упрощенных представлений (Simplified Reps) сборки (обеспечивает возможность работы с большими конструкциями на недорогих компьютерах); • Создание автоматически взаимозаменяемых компонентов сборки; • Реструктурирование сборки (перемещение деталей/подузлов из одного узла в другой); • Использование геометрии существующих деталей в качестве элемента новой детали, создаваемой непосредственно в сборке; • Возможность нисходящего проектирования; • Возможность виртуального облета трехмерной конструкции с сохранением траектории движения в форматах АVI или MPEG; • Создание маршрутных карт сборки с автоматическим эскизированием каждого этапа.

Рис. 3.48. Пример сборочного узла

88

Creo Interactive Surface Design Extension Предназначен для инженеров-конструкторов, создающих изделия со сложной геометрией – в авиационной и автомобильной промышленности, в производстве потребительских товаров и т. д. Creo Interactive Surface Design Extension включает в себя уникальные возможности по созданию сплайновых кривых и поверхностей, обладая совершенным интерфейсом, гибкостью и средствами контроля. Позволяет инженерам и дизайнерам работать в уникальной среде моделирования, используя очень гибкие средства создания стилевых поверхностей и иной геометрии, имеющей сложные формы, в среде, встроенной в основание параметрического моделера Creo Parametric. Обеспечивает: 1. Средства трехмерного поверхностного моделирования – выдавливание сечения, вращение сечения, протяжка сечения вдоль трехмерной кривой, по набору продольных сечений (как параллельных, так и непараллельных), создание плоских поверхностей, создание эквидистантных поверхностей, протяжка сечения вдоль любого количества трехмерных кривых (кинематические поверхности), по сечениям, расположенным вдоль трехмерной кривой, по сетке кривых, создание винтовых поверхностей, создание поверхностей свободной формы; 2. Средства анализа поверхностей – кривизна Гаусса, нормали, векторы касательных и т. д.; 3. Создание твердотельных моделей на основе поверхностной геометрии; 4. Создание сглаженных стилевых поверхностей из массива точек, полученных с координатно-измерительной машины или любого другого трехмерного сканирующего устройства. Пользователь может начинать проектирование с самой общей концепции, создавая геометрию с нуля, используя эскиз или другие вспомогательные данные, а затем, шаг за шагом, довести концепцию до готовой к производству модели. За достаточно короткое время пользователь может проверить большое количество различных вариантов разрабатываемого изделия, осуществляя проверку по всем стадиям процесса разработки, причем пользователь может быть абсолютно уверен в том, что вся конструкторская, технологическая и производственная информация, заложенная в модель, будет изменяться соответственно сделанным изменениям. Такая функциональность обеспечит возможность прямого взаимодействия разработчиков на всем протяжении процесса разработки и производства, дав им возможность сосредоточиться не на передаче и интерпретации данных, а на получении законченного продукта с требуемыми свойствами, определенными в самом начале разработки. ISDX позволят дизайнерам и инженерам работать в новой интуитивной дизайнерской среде, которая включает в себя возможность работы в уни89

кальном 4-оконном интерфейсе, прямое создание, манипулирование и контроль кривых, поверхностей и зон их соединения. Эта интуитивная и интерактивная среда разработки позволяет вам начать создание геометрии новой сложной формы от любой точки имеющейся модели, и создавать кривые и поверхности с любой необходимой степенью ограничений. ISDX полностью использует параметрические возможности Creo Parametric, что обеспечивает интеграцию процесса создания сложных форм и параметрического моделирования. Сама среда моделирования включает в себя новейший инструментарий по созданию и модификации кривых и поверхностей, объединенный в единую операцию – фичер (feature) Creo Parametric. Это позволяет дизайнерам и инженерам буквально интуитивно с большей эффективностью создавать необходимые поверхности и лучше контролировать создаваемую модель. Прямое создание и манипулирование кривыми обеспечивает высокий уровень обеспечения требуемых свойств изделия. Возможность создания поверхностей, сопряженных между собой по G2 (гладкость по кривизне) и объединенных в один суперфичер (super feature), обеспечивает совершенно новый уровень качества и гибкости поверхностного моделирования (рис. 3.49).

Рис. 3.49. Примеры поверхностей

Способность создавать высококачественные стилевые поверхности, используя интуитивные средства, оставаясь в среде Creo Parametric, является 90

крайне важным качеством в условиях современного быстро меняющегося рынка. Это важно с точки зрения инженерной разработки и производства изделия, а также имея в виду перспективы дальнейшей разработки и модернизации и успешной реализации продукции на рынке. Creo Schematics (рис. 3.50)

Рис. 3.50. Схемы, разработанные в Creo Schematics

Creo Schematics – приложение, предназначенное для более легкого и быстрого создания сложных схем соединений, являющихся неотъемлемой частью общего процесса разработки изделий. Позволяет создавать всевозможные типы схем, включая функциональные схемы, блок-схемы, электрические схемы, схемы размещения оборудования и процессов (P&ID), схемы гидравлических и пневматических устройств, а также схемы отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC). Creo Schematics – независимое приложение, но поскольку оно интегрировано с Creo Parametric, то позволяет использовать созданные схемы для разводки кабелей и трубопроводов в Creo Piping and Cabling Extension. Creo Expert Framework Extension Creo Expert Framework Extension (рис. 3.51) обеспечивает инженераконструктора функциональностью по проектированию балочных конструкций со скоростью, в 10 раз превышающей скорость 91

проектирования подобных конструкций с использованием стандартного Creo Parametric. Creo Expert Framework Extension был разработан для пользователей, разрабатывающих балочные конструкции с балками стандартных и нестандартных сечений.

Рис. 3.51. Пример интерфейса Creo

Creo Expert Moldbase Extension Creo Expert Moldbase Extension (EMX) – это больше, чем просто обычная библиотека пресс-форм и их компонентов (рис. 3.52). Expert Moldbase Extension – это интеллектуальная модель пресс-формы и средства оформления чертежей, созданные специально для разработчиков пресс-форм. EMX содержит интеллектуальные пресс-формы и компоненты. В процессе размещения компонентов все отверстия, зенковки и занижения, необходимые для их установки, выполняются автоматически в необходимых плитах и других деталях, освобождая разработчика от трудоемкой и нудной работы.

Рис. 3.52. Пример пресс-формы

92

EMX имеет специализированный графический интерфейс пользователя, обеспечивающий быстрый предварительный просмотр изделия в реальном режиме времени до начала автоматического размещения 3D-компонентов или сборочных единиц. EMX позволяет компаниям устанавливать собственные правила конструирования пресс-форм и их деталей. Creo Progressive Die Extension Creo Progressive Die Extension (рис. 3.53) автоматизирует все стадии проектирования и деталировки штамповой оснастки, обеспечивая увеличение производительности при проектировании, позволяет ускорить процесс создания штампов последовательного действия. Для подготовки плоской геометрии и технологических переходов проектировщики могут использовать твердотельные модели, детали из листового металла и импортированную геометрию. Специализированные инструментальные средства («Мастера») автоматизируют создание разверток, вырубных штампов, размещение и изменение компонентов оснастки.

Рис. 3.53. Пример штампа

Creo Prismatic and Multi-surface Milling Extension. Creo Prismatic and Multi-surface Milling Extension предоставляет инженерам полное решение задач фрезерования. С использованием данного модуля инженеры и программисты ЧПУ смогут упростить и ускорить процесс создания программ для станков ЧПУ. Creo Prismatic and Multi-surface Milling Extension представляет собой «виртуальную экспертную систему» для призматической механообработки с 2-1/2 осевым фрезерованием и многоосевым позиционированием. Пакет также включает в себя всю функциональность Creo Parametric для 3-осевой многоповерхностной обработки: черновая, получистовая, подборка участков, фрезерование поверхностей, фрезерование по траектории. Creo Toolkit Иногда, определенные процессы разработки продукта требуют адаптированные решения. С инструментарием Creo TOOLKIT компании 93

могут расширить, автоматизировать, и настроить широкий диапазон функциональности от проекта до производства. Автоматизируя результаты проекта, такие как ведомости материалов, чертежи и операции обработки, можно сократить время разработки и снизить количество ошибок. Интеграция с базами знаний может значительно улучшить качество продукта. Функции и Преимущества: 1. Модификация и расширение пользовательского интерфейс Creo с помощью встроенных легко настраиваемых процессов; 2. Интеграция с экспертными системами и базами знаний в среду Creo; 3. Создание простых и многоуровневых проектов за счет обработки геометрических и параметрических ограничений; 4. Для улучшения диагностики приложения используется одноранговая (P2P) связь доступа; 5. Повышение качества разработки изделий за счет применения правил оценки конструкции, которые могут быть введены из внешних решений.

3.8. КОМПАС-3D 3.8.1.Трехмерное проектирование в программе КОМПАС Система КОМПАС-3D (рис. 3.54) позволяет реализовать классический процесс трехмерного параметрического проектирования – от идеи к ассоциативной объемной модели, от модели к конструкторской документации. Основные компоненты КОМПАС-3D – собственно система трехмерного твердотельного моделирования, универсальная система автоматизированного проектирования КОМПАС-График и модуль проектирования спецификаций. Все они легки в освоении, имеют русскоязычные интерфейс и справочную систему. Компанией АСКОН разработаны различные приложения в области трехмерного моделирования, дополняющие функционал КОМПАС-3D эффективным инструментарием для решения специализированных инженерных задач. Модульность системы позволяет пользователю самому определить набор необходимых ему приложений, обеспечивающих только востребованную функциональность, за счет чего достигается оптимизация стоимости решения. Система КОМПАС-3D предназначена для создания трехмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. Параметрическая технология позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа. Многочисленные сервисные функции облегчают решение вспомогательных задач проектирования и обслуживания производства.

94

Рис. 3.54. КОМПАС-3D

Ключевая особенность КОМПАС-3D Ключевой особенностью КОМПАС-3D является использование собственного математического ядра и параметрических технологий, разработанных специалистами АСКОН. Базовый функционал системы включает в себя: • развитый инструментарий трехмерного моделирования; • средства работы над проектами, включающими несколько тысяч подсборок, деталей и стандартных изделий; • функционал моделирования деталей из листового материала – команды создания листового тела, сгибов, отверстий, жалюзи, буртиков, штамповок и вырезов в листовом теле, замыкания углов и т.д., а также выполнения развертки полученного листового тела (в том числе формирования ассоциативного чертежа развертки); • специальные возможности, облегчающие построение литейных форм – литейные уклоны, линии разъема, полости по форме детали (в том числе с заданием усадки); • средства создания поверхностей; • инструменты создания пользовательских параметрических библиотек типовых элементов; • возможность получения конструкторской и технологической документации: встроенная система КОМПАС-График позволяет выпускать чертежи, спецификации, схемы, таблицы, текстовые документы; 95

• возможность простановки размеров и обозначений в трехмерных моделях (поддержка стандарта ГОСТ 2.052–2006 «ЕСКД. Электронная модель изделия»); • поддержку стандарта Unicode; • средства интеграции с различными CAD/CAM/CAE-системами; • средства защиты пользовательских данных, интеллектуальной собственности и сведений, составляющих коммерческую и государственную тайну (реализовано отдельным программным модулем КОМПАС-Защита). Простой интуитивно понятный интерфейс, мощная справочная система и встроенное интерактивное обучающее руководство «Азбука КОМПАС» позволяют освоить работу с системой в кратчайшие сроки и без усилий. Универсальная система автоматизированного проектирования КОМПАС-График Актуальная версия: V13 Производитель: АСКОН Входит в состав: КОМПАС-3D ОС: Windows XP SP2 Professional, Windows XP SP2 Professional x64, Windows Vista Business, Windows Vista Business x64, Windows Vista Ultimate, Windows Vista Ultimate x64, Windows 7, Windows 8 Для автоматизации разработки и выпуска конструкторской документации АСКОН предлагает универсальную систему автоматизированного проектирования КОМПАС-График, позволяющую в скоростном режиме выпускать чертежи изделий, схемы, спецификации, различные текстовые документы, таблицы, инструкции и прочие документы. Гибкость настройки системы и большое количество прикладных библиотек и приложений для КОМПАС-График позволяют закрыть практически все задачи пользователя, связанные с выпуском технической документации. Система КОМПАС-График предоставляет широчайшие возможности автоматизации проектно-конструкторских работ в различных отраслях промышленности. Он успешно используется в машиностроительном проектировании, при проектно-строительных работах, составлении различных планов и схем. КОМПАС-График может использоваться как полностью интегрированный в КОМПАС-3D модуль работы с чертежами и эскизами, так и в качестве самостоятельного продукта, полностью закрывающего задачи 2Dпроектирования и выпуска документации. Система изначально ориентирована на полную поддержку стандартов ЕСКД. При этом она обладает возможностью гибкой настройки на стандарты предприятия. Средства импорта/экспорта графических документов (КОМПАС-График поддерживает форматы DXF, DWG, IGES, eDrawings) позволяют организовать обмен данными со смежниками и заказчиками, использующими любые чертежно-графические системы. Весь функционал КОМПАС-График подчинен целям скоростного создания высококачест96

венных чертежей, схем, расчетно-пояснительных записок, технических условий, инструкций и прочих документов.

3.8.2. КОМПАС-Штамп 5.6 – новые инструменты для конструктора технологической оснастки Комплекс программных средств КОМПАС-Штамп Современные предприятия проявляют всё большую заинтересованность в использовании современных информационных технологий для автоматизации проектирования сложной технологической оснастки – штампов и пресс-форм. Для этих целей компанией АСКОН разработан комплекс программных средств КОМПАС-Штамп (рис. 3.55).

Рис. 3.55. Система КОМПАС-Штамп

Специалистов предприятий привлекают возможности гибкого управления процессом проектирования, высокая скорость создания и оформления конструкторской документации, автоматическое выполнение расчетов. В системе реализованы разнообразные сервисные функции, а конструктор получает удобный доступ к информационной базе. Комплекс программных средств КОМПАС-Штамп включает систему автоматизированного проектирования штампов и параметрические библиотеки конструктора штампов. С помощью системы возможно проектирование штампов любых конструкций для различных операций холодной листовой штамповки (вырубки, пробивки, гибки, отбортовки, вытяжки и т.д.). Система автоматизированного проектирования штампов содержит: • средства формирования и ведения проектов конструкций; 97

• средства формирования полного комплекта документации на штамп; • обширную информационную базу, включающую таблицы НСИ. Проект конструкции штампа формируется в виде дерева проекта и отражает номенклатурный состав и технические особенности составляющих элементов конструкции, в качестве которых выступают сборочные единицы (блок, пакет и т.д.) или технологические системы (система крепежа, система фиксации и пр.). Проектирование элементов конструкции выполняется в среде чертежно-конструкторской системы КОМПАС-График под управлением библиотек проектирования системы КОМПАС-Штамп. С помощью библиотек проектирования КОМПАС-Штамп решаются следующие задачи: • выполнение технологических расчетов (развертки гнутого профиля, технологических параметров отбортовки и вытяжки, усилия штамповки); • выполнение технологических и конструкторских построений (заготовок, операционных переходов, схем раскроя полосы при штамповке, рабочей зоны штампа); • выполнение конструкторских расчетов параметров и характеристик штампа, технологических систем и деталей (габаритов рабочей зоны, центра давления и закрытой высоты штампа, параметров резинового буфера и пружин в системах съема и прижима, удельного давления на опорную поверхность пуансона, исполнительных размеров рабочих деталей, поверочных расчетов крепежа на срез и т.п.); • проектирование и компоновка элементов конструкции штампа на сборочных чертежах; • оформление комплекта конструкторской документации на штамп (сборочных и рабочих чертежей, операционного эскиза, спецификации). КОМПАС-Штамп предоставляет конструктору возможность выбирать рациональные решения из вариантов, предлагаемых системой, контролировать и редактировать значения всех параметров, полученных расчетным путем. Модульная структура программного и информационного обеспечения системы в сочетании с удобным интерфейсом позволяет пользователю самостоятельно управлять процессом проектирования, устанавливать удобную последовательность операций и формирования сборочных и рабочих чертежей. Нововведения версии 5.6 Новая версия КОМПАС-Штамп 5.6 работает на платформе КОМПАСГрафик V7 Plus и V8. Остановимся подробнее на функциях, позволяющих значительно ускорить процесс проектирования. Существенные изменения произошли в проектировании рабочей зоны для разделительных операций. Цель изменений – сокращение времени на формирование рабочей зоны, исключение ошибок на этапе ввода сведений о штампуемой детали и о рабочей зоне в целом. Теперь эта операция стала 98

более наглядной и простой. Вместо того чтобы задавать номера шагов штамповки для каждого контура числовыми значениями, конструктор задает количество шагов штамповки, а затем курсором указывает шаги, в которых необходимо разместить штампуемые контуры (рис. 3.56). Добавлена новая функция расчета параметров оптимального раскроя полосы при однорядной обычной схеме раскроя. Система рассчитывает оптимальный угол укладки детали в полосе, шаг штамповки и ширину полосы, при которых коэффициент раскроя будет максимальным.

Рис. 3.56. Расчет оптимального раскроя в КОМПАС-Штамп 5.6.

Усовершенствованы функции создания объектов спецификации при проектировании сборочного чертежа. Теперь при формировании документации на штамп можно создавать спецификацию не только при помощи КОМПАС-Штамп, но и средствами системы проектирования спецификации КОМПАС-3D. Раньше спецификация в КОМПАС-Штамп формировалась в виде обычного чертежа (CDW), где в виде текста занесены строки спецификации. Для конструкторов, которые привыкли создавать спецификацию средствами системы проектирования спецификации КОМПАС-3D, спецификация КОМПАС-Штамп была и не привычной, и не наглядной, и не всегда удобной. Особенно часто трудности возникали в тех случаях, когда при проектировании штампов дополнительно использовались детали из прикладных библиотек. Происходило это потому, что в прикладных библиотеках создаются объекты спецификации системы проектирования спецификации КОМПАС-3D. Теперь этот недостаток устранен. Добавлены функции расчета масс деталей штампа и массы всего штампа (рис. 3.57). Рассчитанные массы деталей автоматически заносятся в ос99

новные надписи деталировочных чертежей, а общая масса штампа заносится в основную надпись сборочного чертежа. Появилась функция проектирования шарикового направляющего узла по ГОСТ 14676–83, который включает направляющие колонку, втулку и сепаратор. В предыдущей версии системы проектирование шарикового узла выполнялось по методике стандарта предприятия, по просьбе которого этот узел и был добавлен в систему. Однако параметры узла не подходили другим предприятиям, применяющим блоки с шариковыми направляющими, поэтому в КОМПАС-Штамп 5.6 шариковый направляющий узел, проектируемый по СТП, был заменен узлом, проектируемым по ГОСТ 14676– 83 «Штампы для листовой штамповки. Узлы направляющие шариковые для штампов». Добавлена функция проектирования стандартных пуансонов для вырубки-пробивки круглых, квадратных и овальных контуров; пуансонов ГОСТ 16621–80, 16622–80,16623–80, 16625–80, 24023–80 для круглых контуров; пуансона ГОСТ 16631–80 для квадратных контуров; пуансонов ГОСТ 16633–80 и 16635–80 для овальных контуров.

Рис. 3.57. Расчет массы штампа в КОМПАС-Штамп 5.6.

Новые функции библиотек 3D Одновременно с новой версией КОМПАС-Штамп выпущены и новые версии библиотек конструктора штампов и конструктора пресс-форм (рис. 3.58). Они работают как прикладные библиотеки КОМПАС и содержат параметрические изображения различных типовых элементов (от элементар100

ных конструктивов до деталей и сборочных единиц), используемых при проектировании штампов и пресс-форм. Применение библиотек расширяет возможности системы КОМПАС-Штамп, поскольку позволяет быстро и удобно дополнять спроектированные чертежи методом простой аппликации. При разработке новой версии библиотек акценты были сделаны на усовершенствование инструмента адаптации библиотек к условиям предприятий и на реализацию пожеланий пользователей библиотек в плане улучшения автоматизации формирования чертежей. Команда библиотек «Конфигурация» позволяет конструктору не только настраивать параметры работы библиотек, но и редактировать таблицы нормативно-справочной информации, записи в строках спецификации, технические требования на деталь и т. д.

Рис. 3.58. 3D-библиотека деталей штампов.

Трехмерное проектирование в КОМПАС-3D Возможностей двумерного проектирования не всегда бывает достаточно для решения поставленных задач. Двумерная графика удобна при проектировании штампов для вырубки, пробивки, простой гибки, однако при проектировании штампов для формообразующих операций (сложной гибки, вытяжки, формовки) без трехмерной визуализации создавать сборку не 101

очень удобно. Не говоря уже о конструировании пресс-форм, когда трехмерное моделирование просто необходимо. С развитием трехмерного моделирования многочисленные пользователи КОМПАС-График постепенно переходят на систему трехмерного твердотельного моделирования КОМПАС-3D (3.59). Не отстает от системы КОМПАС-3D и комплекс КОМПАС-Штамп. Для автоматизации проектирования штампов и пресс-форм с использованием трехмерного моделирования были созданы версии 3D-библиотек деталей штампов и деталей пресс-форм (рис. 3.60). 3D-библиотека деталей штампов содержит трехмерные параметрические модели деталей штампов и стандартные таблицы размерных параметров для каждой детали. В библиотеке собраны детали, которые наиболее часто применяются при проектировании штампов холодной листовой штамповки. Библиотека насчитывает около 250 моделей и 200 таблиц ГОСТ.

Рис. 3.59. Интерфейс КОМПАС-3D

3D-библиотека деталей пресс-форм содержит трехмерные параметрические модели стандартных и типовых деталей пресс-форм и стандартные таблицы размерных параметров для каждой детали. В этой библиотеке собраны детали, наиболее часто применяемые при проектировании прессформ следующих типов: пресс-форм для литья под давлением термопластов и цветных сплавов; прессовых пресс-форм для реактопластов и резины; пресс-форм для выплавляемых моделей. Библиотека содержит около 90 моделей и таблиц ГОСТ.

102

Рис. 3.60. 3D-библиотека деталей пресс-форм

Возможности 3D-библиотек деталей штампов и пресс-форм При работе с библиотеками конструктору предоставлены следующие возможности: выбирать размерные параметры деталей из стандартных таблиц; создавать новые детали, вводя произвольные (нестандартные) значения размерных параметров; размещать детали в трехмерной сборке и при необходимости корректировать координаты их привязки; редактировать значения размерных параметров и координаты расположения объектов в сборке на любом этапе работы. При вставке детали в сборку информация о ней автоматически заносится в спецификацию. Для всех деталей предусмотрена возможность автоматического создания деталировочных чертежей. Остановимся немного подробнее на пользовательском интерфейсе библиотек. Детали сгруппированы по их функциональному назначению. Выбор детали из базы и ввод параметров осуществляется в диалоге свойств объекта. Чтобы обеспечить наглядность при выборе деталей из группы и при вводе параметров детали, в диалоге свойств предусмотрено слайдовое окно. Оно содержит изображение детали, на котором показаны условные обозначения размерных параметров. Для быстрого выбора из библиотеки групп деталей используются компактные инструментальные панели, которые автоматически становятся доступными при подключении библиотеки к системе КОМПАС-3D. Новые функции 3D-библиотек Во второй версии библиотек появились функции, способствующие повышению качества работы и облегчению процесса проектирования (рис. 3.61).

103

Рис.3.61. Модель пресс-формы.

Копирование объекта – создание одной или нескольких полноценных копий любого объекта сборки с сохранением всех его свойств, при этом данные копии совершенно независимы от оригинала. Эта функция позволяет значительно ускорить процесс добавления в сборку объектов, отличающихся одним или несколькими размерными параметрами, например плит пакетов в штампах и пресс-формах. Теперь нет необходимости каждый раз выбирать в библиотеке нужный объект и задавать его размерные параметры – достаточно просто вызвать диалог свойств объекта – аналога, нажать кнопку «Копировать» и установить объект – копию на сборке. После установки копии на сборку открывается диалог свойств, в котором при необходимости можно изменить параметры нового объекта. Выбор цвета объекта – задание любого цвета для любого объекта, что существенно упрощает визуальное восприятие (особенно больших и сложных сборок). Выбор цвета осуществляется на вкладке «Цвет» диалога свойств объекта. Указать цвет можно как при вставке объекта в сборку, так и при редактировании его свойств. Широкие функциональные возможности библиотек в сочетании с возможностями системы КОМПАС-3D и разнообразие стандартных и типовых деталей в базах библиотек существенно сокращают затраты времени конструктора на проектирование штампов и пресс-форм, обеспечивают высокое качество документации. 104

Разработчики КОМПАС-Штамп и профильных приложений направляют свои усилия на дальнейшее развитие системы, исходя из пожеланий пользователей и опыта работы системы на предприятиях. А опыт этот уже немалый – заказчиками системы являются более ста предприятий различных отраслей промышленности.

Контрольные вопросы 1. Расскажите о продуктах и решениях системы Esprit? 2. В чем основные особенности системы Unigraphics? 3. Возможности токарной обработки на станках с ЧПУ в системе EdgeСam? 4. Перечислите функции, реализованные в системе ADEM? 5. Что включают в себя обновления системы КОМПАС?

4. PDM Системы управления данными об изделии (Product Data Management, PDM) – категория программного обеспечения, позволяющая сохранять данные об изделии в базах данных. К данным об изделии, прежде всего, относят инженерные данные, такие как CAD-модели и чертежи (CAD), цифровые макеты (DMU), спецификации материалов (ВОМ), а также технологическую информацию. PDM-системы являются также интегрирующим звеном при построении системы управления жизненным циклом (PLM). PDM позволяет создать на предприятии единую информационную среду разработки изделий, ресурсами которой могут пользоваться все заинтересованные службы: отделы главного конструктора и главного технолога, отдел технической документации, службы снабжения, маркетинга и сбыта, представители заказчика и др. Для обеспечения этой возможности в PDM реализована концепция единого хранилища документов, что позволяет легко использовать документ в нескольких проектах, получать специализированные для разных служб и отдельных пользователей представления проекта, создавать библиотеки типовых решений и обеспечивать возможность коллективной работы над одним или разными проектами. Архитектура современных PDM позволяет одновременно использовать несколько отдельных тематических хранилищ документов. Например, можно создать рабочий архив предприятия, хранилище документации для вспомогательного производства, специализированное хранилище для коллективной работы над отдельным проектом, индивидуальные хранилища для рабочих групп или пользователей. Для доступа и работы в этих хранилищах используется единое клиентское приложение PDM.

4.1. Функции PDM К основным функциям PDM относятся: • хранение документов; 105

• структуризация проекта и классификация документов; • поиск документов; • управление доступом к документам; • отслеживание истории и управление изменениями; • организация коллективной работы; • формирование отчетов и спецификаций; • интеграция различных CAD/CAM/CAE-систем и связь с ERP. Рассмотрим каждую функцию более подробно.

4.2. Электронное хранилище документов Электронное хранилище служит для физического хранения электронных документов, изготовленных с помощью различных программ MS Office, CAD-систем, графических пакетов и прочего. Электронный документ представляет собой структурированный набор данных, содержащий реквизитную часть, содержательную часть и электронную цифровую подпись (опционально). Хранилище PDM реализует физическую, прикладную среду обмена информацией между различными специалистами, представляет собой богатый информационный ресурс предприятия и обеспечивает основу для организации коллективной работы и внедрения единого информационного пространства (ЕИП). PDM-система управляет и предоставляет информацию о прямых и обратных связях между объектами. Например, для изделий имеются представления «Состоит из» и «Входит в», «Основной документ», «Присоединенные документы»; для документов «Что использует» и «Где используется», «Связанные изделия» и т. д. Связи между изделиями образуют структуру изделия и могут иметь свои собственные атрибуты, например «количество».

4.3. Структуризация проекта и классификаторы, классификация документов Документы и изделия можно группировать внутри проекта в иерархическую структуру с помощью папок. Уровень вложенности не ограничен. Этот же механизм используется для создания иерархических классификаторов любого назначения (рис. 4.1). PDM позволяет объединять похожие объекты в группы (классы) на основе одного набора атрибутов. Этот подход также известен как групповая технология. Классификация позволяет эффективнее обрабатывать большие объемы данных, например быстрее находить документы и изделия в хранилище благодаря сужению области поиска до объектов одного класса. В системе поиска PDM используется индексация всех объектов, имеющих атрибуты, благодаря которым время выполнения запроса не превышает нескольких секунд. 106

Рис. 4.1. Представление информации в SWR-PDM

Система классификации также позволяет обеспечить тематическую группировку электронных документов независимо оттого, в каких программах они были созданы. Система классификации увеличивает гибкость модели данных и, следовательно, способность PDM к одновременной интеграции с различными CAD/CAM/CAPP и другими информационными системами. При добавлении в хранилище документов или изделий PDM позволяет назначить им определенный класс. Назначение класса может быть выполнено автоматически на основе типа документа или его свойства. Например, чертежу, сделанному в SolidWorks, при сохранении в РDMсистеме может присваиваться класс «Чертеж», а в сопроводительной записке, созданной в Microsoft Word, – класс «Текстовый документ». Определяя класс, администратор системы задает список атрибутов, которые будут иметь все объекты одного класса. В дополнение к атрибутам класса каждый отдельный объект может иметь любое количество дополнительных (пользовательских) атрибутов. В свою очередь, классы могут быть сгруппированы с помощью родительских классов. В результате документ получает все атрибуты, заданные в 107

собственном классе, а также все атрибуты родительских классов. Атрибуты нового документа будут автоматически извлечены из свойств файла чертежа или таблицы. Системы PDM обеспечивают работу с любыми форматами данных и имеют средства классификации документов (файлов) по видам документов, например в российской практике, в соответствии с ГОСТ 2.102 (Виды и комплектность конструкторских документов) как в официальной редакции, так и в предлагаемой новой с учетом электронных документов. Иерархическая структура классов с наследованием атрибутов в РDМ-системе предоставляет гибкие возможности для классификации документов и настройки согласно стандартам и правилам (СтП), действующим на предприятии.

4.4. Атрибуты и система поиска Каждый документ, хранящийся в PDM, может иметь неограниченный набор атрибутов, который служит для определения дополнительных характеристик. Для атрибутов назначается уровень изменения (объект – версия – итерация). Атрибуты, определенные для всех объектов одного класса, являются обязательными и присутствуют во всех объектах одного класса. Остальные атрибуты являются дополнительными. Запросы могут быть достаточно сложными с использованием логических операций И и ИЛИ для условий на системные атрибуты, атрибуты класса, а также произвольно заданные характеристики объектов. Результаты поиска обычно отображаются в виде дерева объектов, удовлетворяющих условию запроса (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Настройка запроса на поиск документа

108

4.5. Разграничение доступа PDM предоставляет эффективные средства для управления доступом к информационным ресурсам хранилища. PDM позволяет большому количеству пользователей с разными полномочиями хранить и обрабатывать документы в едином хранилище независимо от остальных пользователей, предоставляя или запрещая доступ к данным со стороны других пользователей. Наряду с этим PDM дает возможность одновременно хранить документы различного уровня секретности: документы общего доступа, секретные документы, совершенно секретные документы и т.д. Список уровней доступа настраивается администратором защиты. Система разграничения доступа предназначена для реализации определенных администратором защиты правил на выполнение операций пользователями над объектами хранилища. Для этого все сущности информационной системы PDM разделены на две категории: субъекты и объекты. Субъекты являются активными сущностями, а объекты – пассивными. Субъекты выполняют операции над объектами, а ядро системы разграничения доступа на основании установленных в системе правил принимает решение о разрешении или отклонении запроса на доступ. В современных PDM-системах управление доступом не является полностью централизованным, сосредоточенным в руках только администратора, – каждый пользователь (конструктор, руководитель проекта, технолог, работник архива и т.д.) может сам управлять доступом к объектам (документам или изделиям), которыми он владеет. В настоящее время в PDM обычно реализуются два принципа контроля доступа: дискреционный и мандатный (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Дискреционный и мандатный принципы контроля доступа

109

Дискреционный принцип контроля доступа (наиболее часто встречающийся в информационных системах) позволяет для любого из объектов системы определить права каждого пользователя и групп пользователей на выполнение операции над объектом. Недостаток данного принципа состоит в том, что при активном допуске новых сотрудников к работе с системой, а также при изменении должности, звания и других статусов сотрудника необходимо всякий раз пересматривать его права доступа к каждому из объектов системы. Мандатный принцип контроля доступа основан на том, что каждому объекту (документу или изделию) присваивается гриф секретности из упорядоченного списка уровней безопасности, а каждый субъект (пользователь) имеет уровень допуска из этого списка. Например, могут использоваться следующие уровни: открытые данные, для служебного пользования, конфиденциально, секретно и совершенно секретно (перечень может быть настроен индивидуально для предприятия). Операция будет разрешена, если уровень допуска пользователя не ниже грифа секретности документа. Допуск присваивается не только пользователям, но и их группам. При проверках вычисляется эффективный допуск максимальное значение из допуска пользователя и всех групп, в которые он входит. Мандатный принцип позволяет одновременно, путем простого изменения допуска соответствующего пользователя или группы, контролировать доступ пользователя или группы к большому количеству объектов. Решение о санкционированности операции над документом принимается только при одновременном разрешении его по обоим принципам.

4.6. Интеграции различных CAD-систем В силу особенностей задач, решаемых отдельными конструкторами и технологами, на предприятиях используется множество строго специализированных пакетов (рис. 4.4). Например, для создания объемных моделей изделий машиностроения можно использовать методы твердотельного либо поверхностного моделирования (и соответствующие СAD-системы). Для разработки большинства деталей и узлов машиностроительных изделий достаточно использовать твердотельное моделирование, однако некоторые задачи, например проектирование сложных изделий, изготавливаемых штамповкой, или внешних поверхностей деталей для самолетов, автомобилей, бытовой техники, могут быть выполнены только с использованием поверхностного моделирования.

110

Рис. 4.4. Интеграция PDM SmarTeam с Autodesk Inventor, Microsoft Office и SolidWorks

Нередко предприятию приходится решать и другие задачи, связанные с разработкой, например, проектировать разводку для печатных плат (если в изделие входят электронные компоненты), выполнять инженерный анализ конструкции и т. д. Эти задачи также решаются с помощью соответствующих CAD-систем. Кроме этого, смежники предприятия могут использовать в своей работе иные CAD-системы. PDM-системы являются по сути центром интегрированной системы управления, связующим звеном между всеми системами в корпоративной среде предприятия. Посредством PDM также решается задача интеграции различных CADсистем и систем технологического проектирования. Одним из важнейших преимуществ использования PDM-системы является возможность формирования на предприятии непротиворечивой базы нормативносправочной информации и поддержки ее в актуальном состоянии.

4.7. Автоматическое отслеживание и история создания и управления изменениями Изделие, а также элементы изделия в процессе жизненного цикла описываются в базе данных PDM различными состояниями, которые относятся также к сопутствующей документации. Это могут быть состояния типа «Разработка», «Архив» и «История». 111

Состояние «Разработка» характеризует документацию, которая разрабатывается в настоящее время. Это состояние не накладывает никаких ограничений на модификацию элемента или документа. Элемент в состоянии «Архив» нельзя изменить, то есть автор потерял право на редактирование элемента состава изделия. Состояние «История» характеризует аннулированные документы, которые ранее находились в состоянии «Архив». Изменение состояния элемента в системе происходит при помощи специализированного бизнес-процесса «Изменение состояния». Данный бизнес-процесс описывает карту маршрута изменения состояний, а также указывает исходное и целевое состояния элемента. И подсистеме должен быть предусмотрен встроенный механизм ведения извещений об изменениях. Для формирования извещения об изменении предназначен специализированный документ. При проведении данного документа в системе происходит изменение структуры изделия (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Извещение об изменении конструкции

С помощью механизма управления версиями PDM ведет историю всех изменений документов хранилища, не налагая ограничений на количество версий. Пользователь может просматривать, изменять или использовать различные версии. независимые друг от друга, получая тем самым средство ведения альтернативных вариантов одного и того же документа (аналогичный механизм используется и для работы с составом изделия). Таким образом, пользователь может просмотреть все сохраненные варианты и использовать любой из них.

4.8. Коллективная работа над проектом Обеспечение коллективной работы в PDM реализовано с помощью нескольких взаимосвязанных механизмов: управление версиями 112

документов, система обеспечения совместного доступа к документам на основе блокировок и работы с локальными копиями (Check-In/Out) и разграничение доступа на основе дискреционного принципа (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Совместная работа и обмен данными между подразделениями предприятия

Для упорядочивания совместного доступа к документам единого хранилища и решения задачи передачи документов по сети используются процедуры «Взять на редактирование» (Check-Out) и «Сохранить в PDM» (Check-In). При взятии документа на редактирование РDM-система извлекает его из хранилища, создает его копию на локальном диске и устанавливает в хранилище блокировку на оригинал документа. При этом документ в хранилище остается доступным для чтения и использования другими пользователями. Измененный документ возвращается в хранилище с помощью процедуры «Сохранить в PDM», после чего эти изменения становятся доступными всем заинтересованным пользователям. Приведем пример: ведущий конструктор может взять из хранилища на редактирование полную сборку изделия. Одновременно с ним другой конструктор может также открыть эту сборку в CAD-системе на другом рабочем месте и спроектировать новую деталь, используя сборку как ссылочную, или изменить одну из деталей, уже входящую в состав этой сборки. При этом ведущий конструктор немедленно получает уведомление об изменении детали. Далее ведущий конструктор может принять или отклонить измененный вариант (и даже исправить его), а затем сохранить новый вариант всей сборки.

113

4.9. Отчеты и экспорт информации Для оформления единичных и групповых спецификаций в состав PDM входят либо интегрированные, либо адаптированные генераторы отчетов и спецификаций. Для передачи данных о структуре изделия с учетом всех уровней вложенности во внешние системы современные PDM-системы оснащаются возможностью экспорта данных в ХМL-формате. Например, в состав SWR-PDM включен интегрированный вариант программы «SWR-Спецификация», обеспечивающий создание спецификаций, оформленных в соответствии с требованиями ЕСКД, который позволяет также подготовить данные о составе изделия в форматах Excel, текстовом и прочих (рис. 4.7).

4.10. Управление нормативно-справочной информацией PDM может эффективно использоваться не только для хранения и доступа к конструкторским и технологическим документам для конкретных изделий, но и для ведения нормативно-справочной информации по материалам, по стандартным и по прочим изделиям, то есть применяться в качестве конструкторско-технологического справочника (рис. 4.8).

Рис. 4.7. Составление групповой спецификации в PDM

Этот справочник также можно использовать для хранения элементов других видов. В то же время основное назначение справочника заключается в организации ограничительного перечня, или, другими словами, перечня применяемости стандартных изделий, материалов, прочих изделий и заготовок. 114

Рис. 4.8. Конструкторско-технологический справочник

4.11. Внутренняя почтовая система Коллективная работа над проектом всегда сопряжена с интенсивным обменом информацией между разработчиками. PDM первого поколения обычно использовали внешнюю стандартную почтовую систему. К письму можно прикрепить специальный файл – ярлык, содержащий ссылку на объект PDM. В более развитых PDM используется специализированная почтовая система, позволяющая обмениваться инструкциями, замечаниями, комментариями. Внешне почтовая система работает по традиционным правилам, например как Microsoft Outlook, но отличается тем, что в сообщение можно вложить ссылку на проект, папку и на любую версию или итерацию документа или изделия и отправить его указанным пользователям или группам пользователей. Получив сообщение, пользователь может открыть прикрепленный объект в отдельном окне PDM и полноценно работать с ним.

4.12. Передача данных в ERP-системы Одной из основных задач ERP-систем на промышленных предприятиях является производственное планирование. Для успешного решения этой задачи ERP-система должна оперировать определенным объемом нормативно-справочной информации, без которой планирование либо будет неэффективным, либо не сможет осуществляться вовсе. Эта информация нередко создается и хранится в системах управления данными об изделии РDM-системах. Таким образом, становится необходимым обеспечение обмена данными между системами классов ERP и РDМ. 115

1. Информацию об изделии условно можно разделить на два больших блока: данные, связанные с конструкторско-технологической подготовкой производства, и данные, связанные с управлением материальными потоками. Для решения задач управления материальными потоками используются входящие в любую ERP-систему модули логистики («Управление закупками», «Управление запасами», «Заказы», «Закупки», «Склад» и т. д.). Их возможностей, как правило, достаточно для того, чтобы полностью удовлетворить потребности предприятия в управлении движением материалов, их закупкой и хранением (рис. 4.9). Основой данных для подготовки производства является конструкция изделия, на этапе конструирования не только формируется концептуальный облик будущего изделия, но и создаются математически точные геометрические модели, как веет изделия в целом, так и отдельных его деталей. На этом же этапе создаются спецификации, по сути, описание состава изделия, нормы расхода материалов, необходимых для производства, и т.д. Ведущие поставщики ERP-систем в последнее время уделяют все большее внимание вопросам интеграции с PDM, так как это может обеспечить ERP-систему актуальной нормативной информацией для планирования и существенно сократить избыточность данных и затраты времени на передачу изделий из разработки в производство.

Рис. 4.9. Формирование портфеля и документов заказа

116

Д ЛЯ решения задачи интеграции ERP и PDM Международная организация по стандартам (ISO) в середине 90-х годов разработала набор стандартов ISO 10303 STEP, включающий в себя различные прикладные протоколы интеграции, язык разработки Express для описания моделей данных, механизмы тестирования и т. д. Поддержка этого стандарта производителями CAD- ERP- и PDM-систем могла бы существенно облегчить проблемы интеграции приложений между собой. Однако, несмотря на все усилия, стандарт ISO не получил широкого распространения, и сегодня на рынке не так много систем, поддерживающих интеграцию с его помощью. В основном интеграция выполняется двумя путями: либо с помощью API, либо с помощью файлов экспорта/импорта данных. Использование API более вписывается в традиционные представления о технологической интеграции и позволяет добиться более тесной интеграции систем, однако имеет ряд ограничений. Прежде всего, существует сильная привязка разработанного интерфейса к конкретным версиям интегрируемых продуктов. Даже незначительные изменения в структуре данных одного из таких продуктов могут потребовать переработки интерфейсов. Кроме того, для разработки интерфейсов необходимы достаточно серьезные знания в программировании. Использование файлов экспорта/импорта для интеграции, хотя и менее технологично (обмен файлами в разы проще, чем применение других средств интеграции), тем не менее, в ряде случаев обеспечивает более гибкий подход и истребует столь глубоких знаний в программировании, как при использовании API. Поэтому большинство проектов по интеграции выполняются именно таким способом.

Контрольные вопросы 1. Какие данные хранятся в РDM-системах? 2. Назовите основные функции PDM. 3. Для чего используются атрибуты классов документов? 4. Какие состояния могут иметь документы по отношению к ведению истории? 5. В чем заключается суть мандатного принципа контроля доступа?

5. ЭЛЕКТРОННАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ Эффективность производства, успех продаж и качество послепродажного сопровождения сложных технических изделий все более и более зависят от того, как быстро и своевременно все этапы жизненного процесса такого рода изделий будут поддержаны разного рода документами, руководствами, инструкциями, описаниями, каталогами запасных частей и комплектующих и т. д.

117

С развитием глобальных сетей, емкости серверов, распространением мобильных устройств с беспроводным доступом на смену традиционным бумажным копиям технических документов приходят электронные публикации. Кроме компактности носителя и системы просмотра, они могут обеспечить высокую степень аутентичности и актуальности документации, так как при сетевом доступе обращение происходит к единой копии документа.

5.1. Публикация чертежей Публикация чертежей подразумевает под собой перевод их в форму, обеспечивающую перенос между рабочими местами, передачу по каналам электронной связи с гарантированным сохранением всей визуальной информации, обозначений, стилей текста, типов линий и т. д. Выполнить такую процедуру с использованием исходного рабочего формата файлов (в случае с AutoCAD – DWG) представляется затруднительным, так как требует довольно трудоемкого и чреватого ошибками процесса копирования шрифтов, внешних блоков, библиотек штриховых узоров и пунктиров линий. Кроме того, в большинстве случаев стоит задача сделать публикуемый чертеж недоступным для редактирования. Для обеспечения решения всех этих задач существуют несколько технологических решений. DWF (Design Web Format) – это безопасный формат файла, разработанный Autodesk для передачи проектных данных в виде, который был бы независим от оригинального прикладного программного обеспечения, аппаратных средств или операционной системы, с помощью которой создавались данные проекта. Файл DWF может описать данные проекта, содержащие любую комбинацию текста, графики и изображений в независимом устройстве. Эти файлы могут быть одним листом или многократными листами, очень простыми или чрезвычайно сложными с богатым использованием шрифтов, графики, цвета и изображений. Для просмотра файлов DWF предлагаются бесплатные средства просмотра, в том числе и встраиваемые в интернет-браузеры (рис. 5.1). Альтернативным решением является использование популярного формата PDF, разработанного фирмой Adobe, исходно предназначавшегося для представления в электронном виде полиграфической продукции, но впоследствии получившего широкое распространение любых текстовых и графических документов. Достоинством использования PDF для публикации чертежей является то, что для просмотра можно использовать официальную бесплатную и широко распространенную универсальную программу Acrobat Reader, а также программы сторонних разработчиков.

118

Рис. 5.1. Просмотр чертежа, опубликованного в DWF-формате с помощью интернет-браузера

5.2. Публикация трехмерных проектов Аналогично плоским чертежам, существует необходимость передачи 3D-проeктов на рабочие места, на которых не установлена CAD/CAM/CAPP-система, в которой проект создан. Для решения этой задачи созданы независимые от CAD/CAM/CAPP-системы инструменты публикации проектных данных: система eDrawings разработки компании SolidWorks, формат 3D XML, разработанный Dassault Systemes, расширенная спецификация уже упоминавшегося формата DWF компании Autodesk, формат 3D PDF фирмы Adobe, позволяющий вставлять трехмерные иллюстрации в электронные текстовые документы. Рассмотрим такую технологию на примере eDrawings. eDrawings – это независимый формат облегченного представления и публикации конструкторских данных, полученных в CAD-системе. Он похож на общеизвестные форматы обмена данных Parasolid, STEP, IGES и VRML, но это вовсе не одно и то же. В отличие от форматов, предназначенных лишь для обмена данными о графическом объекте между различными 119

трехмерными редакторами, eDrawings – это независимый инструмент представления (просмотра, печати) и аннотирования данных (рис. 5.2). По сравнению с другими, формат eDrawings обладает более широкими возможностями представления графической информации (как трехмерной, так и двумерной чертежной) и предъявляет значительно меньше требований для обеспечения этого представления. 3D-модели и 2D-чертежи, сохраненные в формате eDrawings, можно просматривать на компьютере, на котором не установлена ни одна CAD-система. Просмотр данных осуществляется с помощью специального приложения – eDrawings Viewer, которое распространяется бесплатно. Сегодня формат eDrawings в том или ином виде поддерживают практически все известные зарубежные и многие российские CAD-платформы. Помимо малого объема файлов, возможности предоставления сохраненных данных принимающей стороне для просмотра без наличия CAD-системы, гибкости в представлении данных (можно перемещать, делать прозрачными или скрывать компоненты, создавать сечения), самое главное, что предоставляет система eDrawings, – возможность рецензирования моделей или чертежей и сохранения рецензий в одном файле.

Рис. 5.2. Проект в формате eDrawings с пометками заказчика

120

eDrawings и аналогичные системы обеспечивают возможность передачи модели заказчику, партнеру, руководителю и любым другим заинтересованным лицам, в результате чего они могут ознакомиться с наглядно представленным спроектированным изделием, не прибегая к CAD-системе. При этом интеллектуальные права разработчика надежно защищены, например, посредством запрета вывода в STL и простановки размеров. С использованием такого метода публикации проектов достаточно просто осуществляется организация коллективной работы над проектом различных служб предприятия. Аннотирование документов (на профессиональном сленге – функция «красный карандаш») позволяет проектировщику легко получать замечания или требования по доработке изделия от заказчика (руководителя проекта). Один и тот же документ могут по очереди рецензировать разные участники процесса разработки, добавляя свои специфические требования к проектируемому объекту. После возвращения документа разработчик, проанализировав все заметки, может ответить на каждую из них, принять ее или отказать рецензенту. Все ответы на замечания также сохраняются в едином файле. После этого документ может быть вновь отослан принимающей стороне для ознакомления с ответами разработчика и т. д., пока все требования не будут учтены, а изделие – спроектировано должным образом.

5.3. Технические иллюстрации Особое место в создании и публикации технической документации занимают технические иллюстрации (рис. 5.3). Они используются в инструкциях по сборке, ремонту, эксплуатации изделий, каталогах запасных частей, в учебных пособиях и рекламных буклетах. В отличие от традиционных чертежей, в которых применяется стандартизованное символьное изображение элементов конструкции, в технических иллюстрациях больше внимания уделяется наглядности и близости изображения к внешнему виду реального изделия. Сравнивая чертежи и технические иллюстрации, можно выделить следующие отличия: • технические иллюстрации быстро и ясно доводят различную информацию о разработанном продукте, обычно показанном в ситуации, когда продукт уже используется, собирается или обслуживается; • на иллюстрациях отображаются в первую очередь значимые детали, несущественные часто опускаются или изображаются условно; • широко используются различные изобразительные приемы, например перспективные виды, удаление скрытых линий, разрезы, увеличенные фрагменты, которые выделяют ключевые детали иллюстрации.

121

Рис. 5.3. Пример технической иллюстрации, выполненной в пакете Arbortetxt IsoDraw

Наиболее типичной системой для подготовки технических иллюстраций с использованием исходных данных CAD является семейство продуктов Arbor IsoDraw компании PTC, в частности пакет Arbortext IsoDraw CADprocess, который позволяет автоматически создавать двумерные иллюстрации из трехмерных моделей CAD/CAM/CAPPсистемы с одновременной установкой ссылок на оригинальные файлы CAD/CAM/CAPP-системы. Все изменения, произведенные в исходных моделях, автоматически регенерируются в иллюстрации. В результате разработку иллюстраций можно начинать на ранних стадиях разработки изделия, что сокращает время разработки. В случае необходимости иллюстраторы корректируют исходную графику и вручную добавляют элементы рисунка.

5.4. Интерактивные руководства Естественным шагом в развитии технологий публикации электронной документации стало появление интерактивных документов, способных показать не только статические схемы и иллюстрации, но и анимированные инструкции по сборке, ремонту и эксплуатации. Интерактивная техническая и эксплуатационная документация, электронные каталоги и обучающие системы сегодня становятся стандартом де-факто при поставке продукции заказчикам. Особенно важен 122

этот вопрос для предприятий автомобилестроения, аэрокосмической отрасли, судостроения и военно-промышленного комплекса, выпускающих сложную наукоемкую продукцию. В данном контексте автоматизация труда разработчиков интерактивной технической документации приобретает все большую актуальность, одним из характерных примеров средств создания таких документов является пакет 3D VIA Composer компании Dassault Systemes. 3D VIA Composer делает возможным создание технических иллюстраций, видео- и интерактивных 3D-объектов, которые не только обеспечивают лучшее восприятие информации, но и повышают качество документации. Использование интерактивных и графических элементов позволяет сократить объем примечаний, благодаря чему снижаются затраты на перевод текстов при выпуске документации на нескольких языках. Система позволяет импортировать 3D-данные из большинства современных CAD- и PLM-систем в их собственные форматы или в 3D XML. Импортированные объекты группируются в сборку, на основе которой может быть сформирована спецификация. Разработанные интерактивные руководства можно сохранять в виде компактных EXEфайлов со встроенным бесплатным просмотрщиком 3D VIA Player, благодаря чему их можно открыть на любом компьютере без использования каких-либо предварительно установленных CAD-систем. Проекты также можно сохранять в различных стандартных форматах, например PDF, HTML, SVG, CGM, 3D XML, AVI, Microsoft Office и др., которые позволяют применять графические и мультимедийные объекты даже в традиционной текстовой документации (рис. 5.4). Применение 3D VIA Composer и аналогичных ему систем позволяет существенным образом сократить время, затрачиваемое на переделку или обновление документации при внесении изменений в конструкцию изделия. Обновление происходит автоматически за счет ассоциативной связи с конструкторской 3D-моделью. Стоимость и сроки разработки документации сокращаются за счет более эффективного использования информации о проектируемом изделии: разработку документации можно начинать на ранних этапах, когда конструкторская модель еще не сформирована полностью, а по завершении проектирования легко обновлять графический и мультимедийный контент в подготовленном шаблоне документа. Интерактивные документы могут быть защищены от нелегального использования путем назначения прав доступа к функциям просмотра, копирования и печати, а также полного или частичного отображения/скрытия отдельных элементов или преднамеренного снижения качества 3D-модели, когда ее геометрические параметры представляют собой интеллектуальную собственность. 123

Рис. 5.4. Создание технической иллюстрации и сборочной спецификации на основе 3D-модели

Пакеты подготовки интерактивных документов могут успешно решать задачу подготовки интерактивной технической документации не только как самостоятельный продукт, но и в составе PDM. Как правило, для повышения эффективности работы процесс разработки документации ведется параллельно с проектированием самого изделия, что позволяет сократить время, затрачиваемое на переделку или обновление документации при внесении изменений в конструкцию изделия. Исполнитель документации при работе во взаимодействии с разработчиками изделия через PDM-систему получит ряд преимуществ: • параллельная работа «конструктор изделия – разработчик документации»; • логическая связь технической документации с основной структурой изделия; • возможность отслеживания актуальности исходных данных и автоматическая синхронизация инструкции и реальной модели (рис. 5.5); • получение оповещений при внесении изменений в дизайн изделия; • капитализация и многократное повторное использование знаний; • просмотр 3D-моделей без специализированного программного обеспечения. • Помимо этого, безусловный выигрыш дают и стандартные возможности использования PDM-системы, такие как: 124

• выборочный доступ и безопасное хранение информации; • контроль версий; • функциональные возможности поиска данных (по атрибутам или по связям); • логические и структурные связи документов; • совместная работа в контексте единого проекта; • автоматизированные потоки работ (Workflow). Большое преимущество систем, подобных 3D VIA Composer и ENOVIA SmarTeam, заключается в том, что они являются CADнезависимыми. Таким образом, можно организовать взаимодействие с внешними партнерами (например, с поставщиками комплектующих), которые работают в CAD-системах, отличных от базовой системы предприятия. В структуре изделия могут присутствовать и немоделируемые (нефизические, вспомогательные) объекты, такие, например, как лакокрасочные материалы, монтажный инструмент и прочие. Полную структуру изделия удобно использовать для получения различных отчетов (спецификаций, ведомостей покупных изделий), к тому же ее легко синхронизировать с представлением данного изделия в ERP. Создавая инструкции по сборке и монтажу, удобно использовать библиотеку трехмерных моделей инструмента (гаечные ключи, приспособления и т.п.). Модели могут быть бесплатно загружены из Интернета, например из каталога поставщика.

Рис. 5.5. Автоматическое обновление номеров позиций модели 3D VIA Composer в среде ENOVIA SmarTeam

125

Открытая структура документа, базирующаяся на XML, возможность прямого чтения и записи в файл модели и управления моделью через интерфейс прикладного программирования открывают для разработчиков широкие возможности интеграции интерактивных руководств с любыми Windows-приложениями.

Контрольные вопросы 1. Почему возникает необходимость публикации чертежей в формате, отличном от исходного CAD? 2. Для чего предназначена функция «красного карандаша»? 3. Чем отличаются от чертежей технические иллюстрации? 4. В чем состоят выгоды создания интерактивной документации? 5. Какие преимущества при создании интерактивной документации дает использование PDM?

6. PLM В последние годы в отраслевой прессе СAD/CAM/CAE/CAPP-систем все настойчивее и чаще используется аббревиатура PLM, отчасти подменившая уже привычные CAD, CAM, CAE. Ведущие поставщики, в первую очередь Dassault Systems и Siemens PLM Software, просто используют только этот термин. Однако если среди поставщиков решений термин стал сам собой разумеющимся, следует отметить, что потребители порой просто не знают, что именно за ним стоит. Чтобы понять, что это такое и в чем ключевое отличие от предыдущих технологий, стоит немного вспомнить историю (рис. 6.1). На самых ранних этапах развития проектных технологий единоличный разработчик делал для себя эскизы будущих конструкций и сооружений, которыми он пользовался при руководстве выполняемыми работами. Так продолжалось до начала промышленной революции, то есть на рубеже XVIII – XIX веков, когда необходимость разделения проектных работ и производства побудила создать стандартизованную систему чертежной документации, обеспечившую надежную передачу проектной информации от конструктора на производство. Эта технология успешно просуществовала более двух столетий, значительная часть машиностроительных изделий, архитектурных сооружений была создана именно с ее использованием. Развитие компьютерных технологий позволило на рубеже 70-х годов ХХ века значительно снизить трудоемкость создания и особенно модификации чертежей за счет использования 2D CAD-систем. Рост требований к техническим характеристикам изделий и дальнейшее совершенствование компьютеров привели к появлению в начале 80-х и широкому внедрению на рубеже 90-х годов трехмерных систем проектирования, инженерного анализа и подготовки производства. 126

Рис. 6.1. Этапы развития технологий разработки изделий

Трансформация мировой экономики в глобальную, высококонкурентную привела к необходимости решения задачи тотальной оптимизации всех этапов жизненного цикла продукта – от формирования концепции и проектирования до изготовления, эксплуатации и даже утилизации. Рассмотрим характерные условия, в которых оперируют современные предприятия и которым им необходимо противостоять: • малоактивный рынок; • высокая конкуренция; • глобализация, поглощение и объединение компаний; • высокие запросы потребителей; • растущая сложность продукции; • жесткое государственное регулирование требований к качеству; • растущие цены на комплектующие и материалы. Все это накладывает особые требования к средствам автоматизации процесса проектирования и производства продуктов. В современных условиях предприятиям просто необходимо выполнить следующие условия: • быть постоянно инновационными; 127

• оперативно реагировать на вызовы рынка; • выпускать требуемый рынком продукт; • минимизировать издержки. Конечная цель любого предприятия – прибыль, эффективность бизнеса. Одной из характерных черт современного промышленного производства являются жесткие требования к конкурентоспособности продукции. Что, в свою очередь, требует и быстрых темпов разработки и запуска продукции в производство и налагает высокие требования на качество продукта, его соответствие рынку. Говоря инженерным языком, производство работает в меньших допусках относительно того, как это было двадцать – тридцать и даже десять лет назад. Это стало возможным во многом благодаря широкому внедрению сначала СAD/CAM/CAE/CAPP-систем, затем организации обмена данными между проектными и производственными системами, а на современном этапе – созданию систем, полностью описывающих жизненный цикл изделия от концепции до описания технологических процессов его изготовления и эксплуатации.

6.1. Компоненты и составляющие PLM PLM – английская аббревиатура от Product Lifecycle Management, в переводе «управление жизненным циклом изделия». Существует распространенное мнение, что это «просто» новое название для комплекса программных средств проектирования (CAD), подготовки производства на ЧПУ (CAM) и инженерных расчетов (CAE), объединенных воедино системой управления документооборотом (PDM). Доля истины, конечно, в этом есть, все эти компоненты – неотъемлемая часть комплекса PLM, но лишь часть, хотя и ключевая (рис. 6.2). Концепция PLM предполагает, что создается единая информационная база, описывающая три краеугольные компоненты: Продукт – Процессы – Ресурсы – и взаимосвязи между ними. Наличие такой объединенной модели обеспечивает возможность быстро и эффективно увязывать все эти три компоненты, оптимизируя решение под требования бизнеса. Работа всех проектантов, конструкторов, технологов с единой моделью обеспечивает снижение издержек на многочисленные согласования, неизбежные при традиционной технологии работы, и исключает наличие дублирующих или взаимоисключающих документов. На практике это позволяет значительно сократить материальные и временные затраты на создание продукта и запуск его в производство, минуя многочисленные отладочные варианты, воплощаемые в реальности, то есть получить проект продукта, готового буквально с первых экземпляров к отправке потребителю. Мировая практика уже имеет примеры в даже таких сложных отраслях, как, например, авиастроение, когда самый первый собранный самолет нового проекта после проверочных испытаний был передан в реальную эксплуатацию. Конечно, такие идеальные случаи все128

таки редки, но количество испытательно-доводочных вариантов продукции в современной автомобильной, авиационной, станкостроительной промышленности сократилось кардинально, а сроки на создание новых продуктов – буквально в разы. Существуют целые классы технических объектов, в которых опытные образцы просто невозможны (например, целый завод) и «натурные эксперименты» на доводку их функционирования до оптимального уровня баснословно дороги (рис. 6.3).

Рис. 6.2. Обобщенная схема PLM-среды

Может показаться, что PLM – панацея, спасающая от ошибок в реальном изделии. В какой-то мере это действительно так, риск создать неудачный продукт при использовании PLM-технологий значительно снижается, но при одном очень важном условии. Это условие – компетентность специалистов, занятых созданием продукта. PLM не заменяет специалистов, но значительно увеличивает эффективность их труда. Соответственно, имея в руках столь мощный инструмент, некомпетентный конструктор способен внести ошибку, которая как снежный ком вызовет цепочку других ошибочных или неоптимальных решений. Поэтому внедрение PLM – это отнюдь не только закупка соответствующих программных систем, это еще и обязательная тщательная подготовка кадров, которые будут работать с ними. 129

Рис. 6.3. Переход от локальной оптимизации этапов создания продукта к глобальной оптимизации жизненного цикла

В целом же PLM – совокупность этих программных систем, методики их применения, а главное – людей, обладающих должной компетентностью. Можно сказать, это целая философия жизни производства, опирающаяся на программные средства. Давайте разберемся по порядку, как появился PLM, в чем его суть и что он дает современному производству. А так как информационная модель PLM охватывает изделие и его жизнь целиком, то эта подготовка обязательна для всей иерархии участников создания продукта – от рядового техника до генерального директора предприятия.

6.2. Главные процессы PLM Внедрение и использование PLM призвано обеспечить решение этих задач путем выполнения семи главных макропроцессов (рис. 6.4). Естественно, нет необходимости каждому изучать абсолютно все элементы системы, но те, которые относятся к уровню его компетенции, а желательно и смежные – просто необходимо. Ведь вклад каждого в создаваемый проект немедленно отражается на работе остальных участников. О большинстве этих процессов подробно рассказывалось в предыдущих главах. Сейчас стоит немного подробнее остановиться на системе накопления и переиспользования знаний (KBE, Knowledge Based Engineering), составляющих интеллектуальную собственность

130

предприятия. Это одно из новейших направлений в развитии СAD/CAM/ CAE/CAPP-систем (рис. 6.5).

Рис. 6.4. Основные макропроцессы, осуществляемые PLM-системой

Рис. 6.5. Использование ранее разработанных конструктивных решений при разработке новых изделий

131

Средства KBE в целях уменьшения времени проектирования и изготовления изделия обеспечивают возможность за счет автоматизации повторяющихся процессов и наложения, определенных правил во время проектирования улучшение качества проектирования благодаря применению инженерных знаний, заложенных в систему. Программные реализации KBE обычно содержат среду для программирования на языке инженерных знаний и интегрируются непосредственно в CAD/CAMприложения, таким образом, конструкторы и дизайнеры могут заниматься непосредственно проектированием изделия, не занимаясь трансляцией данных между системами KBE и MCAD. Средства KBE обеспечивают не только переиспользование накопленных элементов для типовых конструкций, но и создание инновационных решений путем использования ранее отработанных вариантов (рис. 6.6). Как видно из примера (см. рис. 6.5), используя типовые конструктивные схемы отдельных агрегатов планера, можно создать принципиально новые, ранее не прорабатывавшиеся компоновочные решения. При этом собственно конструктивная и технологическая проработка агрегатов остается стандартной, освоенной в проектной и производственной практике.

Рис. 6.6. Создание проектных компоновок самолетов с использованием высокоуровневых конструктивных компонент

Возвращаясь к общей схеме взаимодействия макропроцессов PLM, следует особо отметить связующую роль процесса коллективного доступа к данным и взаимодействия участников проекта на всех этапах его реализации. На ранних этапах развития PLM техническую функцию взаимодействия обеспечивали системы управления документооборотом (PDM), однако по мере расширения требований к управлению коллективной работой им на смену приходят концепция и продукты управления виртуальной разработкой (VPDM, Virtual Product Development 132

Management) или совместного управления определением изделия (cPDM, Collaboarrive Product Development). Системы VPDM охватывают более широкий круг задач – не только сохранение проектной и технологической документации, но и взаимодействие с партнерами и смежниками, управление процессом верификации и оптимизации конфигурации изделия и технологических и эксплуатационных процессов, стратегическое планирование на этапе проработки концепций и т. д. (рис. 6.7). Термин Relational Generative Design (RGD) пока не имеет устоявшегося терминологического аналога в русском языке. Эту методологию можно определить как «Параллельное разделенное по стадиям проектирование с использованием и накоплением знаний». Основные принципы методологии RGD заключаются в следующем: • Процесс проектирования разделяется на стадии. • Каждой стадии соответствует специализация пользователей по ролям, по представлениям данных, то есть по видам моделей (детали или сборки), по правам доступа. • При переходе к следующей стадии модели наследуют только те данные, которые необходимы для работы на этой стадии. • Ограничение по ролям обеспечивает для каждого пользователя ролевой группы видимость только тех данных предыдущих стадий, которые специально определены как необходимые на данной стадии. • Вместе с тем сохраняется ассоциативная связь с данными предыдущих стадий проектирования.

Рис. 6.7. Основные функции VPDM

133

Таким образом, обеспечиваются возможность отслеживания любых изменений, выполненных на предыдущих стадиях, конфиденциальность информации и возможность работы с максимально облегченным представлением моделей на каждой стадии. При этом гарантируется целостность проекта в целом, так как все причинно-следственные связи отслеживаются по ассоциативным ссылкам. В настоящее время в мировом промышленном производстве наблюдается бурный процесс внедрения и освоения концепции и решений PLM, в первую очередь в таких отраслях, как автомобилестроение, авиастроение, судостроение. Практически невозможно удержаться на мировом рынке, на конкурентоспособном уровне без использования технологий PLM. Эти решения широко применяют в своей практике ведущие промышленные корпорации, такие как Boeing, Airbus, BMW, Daimler, Toyota и др. К сожалению, в нашей стране по разным объективным и субъективным причинам появление и внедрение этих технологий заметно отстало по времени от «Запада». Большинство пока ограничиваются простыми средствами автоматизации выпуска конструкторской и технологической документации, считая это достаточным. Тем не менее, время поджимает, если предприятие намерено успешно конкурировать на современном, по сути, интернациональном рынке, стоит задуматься об использовании современных средств создания продуктов. Примеры таких успешных подходов уже есть. Конечно, работа по освоению новых технологий предстоит немалая, но дорогу осилит идущий, а опыт тех, кто уже прошел этот путь, говорит, что эффект, в первую очередь экономический, в конечном итоге значителен. Так, например, по оценкам специалистов Красноярского комбайнового завода, за счет использования PLM срок создания новой модели и запуска ее в производство сократился в с 6 – 7 лет до трех. Конструкторам ОАО «Гражданские самолеты Сухого» использование PLM обеспечило оперативную коллективную работу с многочисленными смежниками, в том числе и зарубежными поставщиками оборудования и комплектующих. Можно только догадываться, какое время это занимало бы при использовании традиционных методов работы.

Контрольные вопросы 1. Дайте понятие жизненного цикла изделия. 2. Назовите три ключевые составляющие PLM-системы. 3. Какая программная компонента является связующим звеном PLMсистемы? 4. Назовите основные процессы управления жизненным циклом изделия. 5. В чем различие VPDM от традиционных систем управления документооборотом? 134

6. Почему возникает необходимость публикации чертежей в формате, отличном от исходного CAD? 7. Для чего предназначена функция «красного карандаша»? 8. Чем отличаются от чертежей технические иллюстрации? 9. В чем состоят выгоды создания интерактивной документации? 10. Какие преимущества при создании интерактивной документации дает использование PDM?

7. ВЫБОР СAD/CAM/CAE/CAPP-СИСТЕМ Выбор СAD/CAM/CAE/CAPP-системы, наиболее оптимально решающей задачи конкретного предприятия, – это непростая задача, как для небольших компаний, так и для крупных корпораций. Для предприятий малого и среднего бизнеса ситуация осложняется тем, что, как правило, они не располагают существенными финансовыми и людскими ресурсами, обеспечивающими тщательный анализ предполагаемых к внедрению систем, которыми обладают крупные предприятия. Процесс выбора всех компонент САПР – CAD, CAM, CAE, PDM и т. д. – зачастую характеризуется невысоким уровнем аргументации, недостаточной глубиной анализа стратегических аспектов, слабым пониманием среды разработки изделия и предложений, направленных на ее улучшение, весьма приблизительной оценкой коэффициента отдачи инвестиций (Return On Investment, ROI) и других важных критериев. Чем крупнее компания и чем сложнее ее структура, тем более сложным представляется процесс выработки решения. Это обусловлено тем, что в промышленности СAD/CAM/CAE/CAPP-система является важным инструментом разработки изделия, который может играть критически важную роль при согласовании организационных целей, но при всей своей важности это только один из многих инструментов, с которыми также необходимо взаимодействовать. Еще в недавнем прошлом применение СAD/CAM/CAE/CAPP-систем сводилось к схеме проектирования, принятой при работе с бумажными документами. Однако глобальные изменения в мировой экономике за последние десятилетия внесли новые факторы, которые нужно учитывать: • необходимо обеспечивать быстрый выход продукта на рынок; • высокие требования к качеству изделия, которое должно соответствовать мировому уровню; • деятельность в условиях глобальной экономики, когда клиенты, поставщики и разработчики изделия могут находиться в любой точке земного шара; • необходимость снижения издержек ввиду высокой ценовой конкуренции мировых производителей.

135

• Самое важное требование – соответствие системы разработки изделий целям и задачам компании. Поэтому при выборе нового программного продукта следует найти ответы на следующие вопросы: • Нужна ли вам вообще новая система? Соответствует ли имеющаяся система текущим и перспективным целям? • Обеспечивает ли она конкурентоспособность? Можно ли усовершенствовать текущую систему? • Какие возможности нового продукта отсутствуют в текущей системе? Отвечая на данный вопрос, целесообразно сформировать список этих дополнительных функций. • Какой экономии можно ожидать? Новая система потребует определенного времени на освоение и определенной суммы на приобретение. • На какой экономический эффект можно рассчитывать? За какой период? • Какими будут издержки при использовании новой системы? • Внедрение или обновление программных продуктов для разработки изделий стоит рассматривать как последовательность логических этапов.

7.1. Инициация процесса Процесс обновления начинается с принятия решения о необходимости усовершенствования существующей системы либо замены ее новой системой. Для этого придется ответить себе на целый ряд достаточно простых вопросов: • Как давно обновлялась система разработки изделий? Делалось ли это в последние 3–5 лет? • Работают ли ваши конструкторы/разработчики в 3D? • Удовлетворены ли вы качеством вашей продукции? • Удовлетворены ли вы сроками разработки изделий и сроками вывода изделий на рынок? • Насколько высок процент своевременных ответов на заявки и предложения? • Насколько конкурентоспособно ваше предприятие с точки зрения затрат, на разработку и вывод изделия на рынок? • Можете ли вы обмениваться проектными данными с вашими заказчиками и/или поставщиками, если возникает такая необходимость? И если такой обмен имеет место, то можете ли вы обеспечить необходимую безопасность процесса и сохранность ключевых данных об изделии? • Поддерживается ли синхронность изменений в спецификациях, используемых на этапе разработки изделия и на этапе его производства? • Имеются ли у вас эффективный доступ к фрагментам ранее выполненных проектов и возможность их использования в новых изделиях? 136

• Если хотя бы на один из этих вопросов ответ отрицательный – можно полагать, что предприятие использует среду разработки, не удовлетворяющую современным целям и задачам предприятия, и необходимо либо ее модифицировать, либо выбрать новую систему.

7.2. Выяснение потенциальных преимуществ системы На этом этапе нужно определить усовершенствования, которые необходимо произвести для улучшения работы предприятия, и убедиться, что с помощью новой системы разработки можно добиться такого улучшения. В первую очередь нужно оценить потенциал модернизации текущей системы. Если предприятие работает с просто устаревшим программным обеспечением, то есть система рассчитана только на 2D, или поставщик больше не поддерживает этот продукт, то целесообразно заменить ПО на новое. И напротив, если используется современное программное обеспечение, но не удается достичь ожидаемых преимуществ – возможно, система некачественно настроена, или же нужны изменения в бизнеспроцессах и методах работы, в этом случае приобретение нового программного решения не поможет. При оценке потенциальных преимуществ новой системы CAD/CAM/CAE/PDM необходимо осмыслить, каким образом могут быть усовершенствованы бизнес-процессы, связанные с жизненным циклом изделия, на конкретном предприятии. Для этого нужно ответить на следующие вопросы: • Достаточно ли высока рентабельность предприятия? • Не слишком ли велика себестоимость изделий? • Достаточны ли ресурсы, направляемые на разработки, и находятся ли затраты на НИОКР в пределах нормы издержек? • Достаточно ли конкурентоспособны изделия? • Является ли качество ваших изделий достаточно высоким на протяжении всего жизненного цикла? • Не слишком ли долог цикл разработки изделий? • Достаточно ли быстро предприятие реагирует на изменения потребностей рынка или на предложения клиентов? Получив ответы на эти вопросы, следует выяснить, достижимы ли требуемые улучшения иными методами, нежели внедрение нового ПО СAD/CAM/CAE/CAPP-систем, например совершенствованием бизнеспроцессов, модернизацией оборудования, улучшением снабжения и контроля качества, изменением конструкции изделий?

7.3. Формализация требований к системе В случае получения на предыдущем этапе вывода о целесообразности внедрения новой СAD/CAM/CAE/CAPP-системы необходимо 137

сформировать набор технических требований к ней, определить, какую функциональность должна включать новая система и сколько это должно стоить. Затем, выбирая наиболее важные позиции, можно разработать поэтапный план внедрения. Примерный набор требований может быть таким: • возможность создания и управления комплексной информацией об изделии (твердотельные модели, чертежи, технологические данные и т. д.); • переход на 3D; • возможность работы с данными, наработанными ранее в других системах, в том числе на бумаге; • интероперабельность с другими СAD/CAM/CAE/CAPP-системами; • обеспечение проверки данных; • возможность управления процессами; • совместная работа разработчиков как внутри предприятия, так и со смежниками; • интеграция с производственными системами; • интерфейс с другими IT-системами, например ERP. Принимая решение о важности требования к системе, необходимо рассматривать их с позиции потенциального эффекта, оценивая вклад каждого усовершенствования в достижение общего результата. Наиболее важными являются те требования, которые позволяют получить наибольший эффект.

7.4. Анализ затрат Добиться экономического эффекта невозможно без анализа затрат. Приведем перечень основных задач, решаемых при переходе или внедрении новой системы разработки: • приобретение ПО для проектирования изделий, подготовки производства, инженерного анализа, управления данными; • обучение персонала; • настройка нового программного обеспечения под задачи сотрудников; • конвертация существующих данных; • приобретение нового аппаратного обеспечения; • обновление системного и офисного ПО; • обновление коммуникаций – более скоростные локальные сети и доступ в Интернет; • установка серверов для хранения общедоступных данных; • пересмотр и реорганизация бизнес-процессов, информационных потоков и технологических маршрутов изделий, для того чтобы воспользоваться преимуществами новой системы; • пересмотр процедур утверждения бумажных документов и процедур внесения изменений; 138

• обеспечение доступа к проектным данным не только для авторов CAD-данных, но и, возможно в упрощенном варианте, для сотрудников, проверяющих и утверждающих документы. Расходы на консультационные услуги и обучение персонала непосредственно зависят от числа обучаемых и от уровня их текущей квалификации. При этом необходимо учесть возможные потери времени и замедление темпа работ, пока сотрудники не научатся быстро работать в новой системе. Целесообразно, чтобы на каждом направлении внедряемого нового функционала был лидер из числа продвинутых пользователей или высококвалифицированный консультант, способный помочь и посоветовать другим сотрудникам, – это существенно сэкономит время и издержки. Отдельно стоит остановиться на конвертировании наработанных данных. Это следует делать только в случае безусловной необходимости или явной пользы. Не нужно преобразовывать сразу все имеющиеся данные, а только те, которые действительно необходимы на текущий момент. Очень осторожно следует относиться к так называемым «дешевым альтернативам» ПО СAD/CAM/CAE/CAPP-систем. Рабочие места сотрудников, которые непосредственно проектируют или вносят изменения, целесообразно оснащать полноценными лицензиями. Более дешевые альтернативы существуют, однако в этом случае функционал, как правило, имеет ограничения, что приведет к меньшей эффективности работы. Существенным фактором, влияющим на бюджет проекта, является возможность масштабирования программных решений. При составлении сметы важно определиться, какие компоненты ПО должны быть приобретены и внедрены сразу, а какие могут быть докуплены позже, в качестве дополнений. Также необходимо оценить затраты на будущие обновления и обслуживание системы.

7.5. Выбор системы В процессе выбора необходимо определить наиболее подходящую для предприятия CAD/CAM/CAE/PDM-систему и убедиться в правильности выбора. К этому этапу должны быть четко выделены основные проблемы, препятствующие повышению эффективности работы предприятия, и сформулированы основные цели проводимых усовершенствований. Выбранная система должна быть масштабируемой на всех этапах внедрения, так как ее функциональность и область внедрения могут расширяться. Для осуществления выбора рекомендуется провести следующие мероприятия: 139

• организовать группу сотрудников, которые будут решать эти проблемы, создать план их работы и механизм контроля его выполнения; • окончательно уточнить набор требований к системе, как технических, так и управленческих; • для каждой позиции в списке требований определить конкретную ожидаемую пользу. Если для какой-то позиции это не удается, она не является значимой и должна быть удалена. Рекомендуется ограничить список не более чем двумя десятками требований; • отсортировать требования, которым должна отвечать система, по ожидаемой пользе, например в четыре категории: обязательные; достаточно важные, учитываемые и необязательные; • определить бюджет; • обратиться к нескольким поставщикам разных систем; • проверить предлагаемые системы на соответствие сформулированным требованиям путем сравнения систем по предоставленным описаниям, сравнения характеристик систем по результатам выполнения тестовых задач либо опытной эксплуатации системы на предприятии; • оценить соответствие всех систем выбранным требованиям; • выбрать того поставщика, который предложил систему, наилучшим образом удовлетворяющую требованиям. Безусловно, выбор существенно зависит от набора требований, следует отдельно сформулировать управленческие и технические требования. Консалтинговые компании предлагают готовые наборы требований и методики их оценки. Рассмотрим их на примере опыта американской компании TechniCom, рекомендующей следующий набор требований с точки зрения управления предприятием: • выгоды от предлагаемого решения должны отвечать целям бизнеса, а затраты на внедрение – быть экономически эффективными на каждом его этапе; • руководство должно быть уверено, что сотрудники предприятия смогут в обозримые сроки внедрить выбранное решение. Важно наличие квалифицированных пользователей и консультантов, которые смогут помочь в обучении сотрудников. Система должна успешно использоваться в случае замены персонала и найма новых сотрудников; • система обеспечивает обмен данными в процессе организации взаимодействия предприятия со смежниками и поставщиками. Проектные данные должны быть доступны для использования в течение долгого срока. Система должна обладать гибкостью на случай изменения характера деятельности предприятия; • разработчик программной системы должен быть надежен в финансовом плане, а его продукты должны занимать лидирующие позиции на рынке, должен иметься опыт эффективного использования аналогичных программных средств у предприятий-конкурентов. Должны быть установлены 140

долгосрочные отношения с поставщиком программного обеспечения, способным оказать техническую поддержку. С точки зрения технических требований рекомендуется руководствоваться следующим набором: • система должна обеспечивать возможность наращивания функционала и расширения области внедрения без необходимости ее замены, то есть быть масштабируемой; • система должна обеспечивать возможность создания и модификации любой необходимой геометрии. Геометрия должна содержать всю необходимую для производства информацию (форма, топология, размеры, их точность, чистота поверхностей и другие технические требования); • даже самые крупные из необходимых в работе предприятия сборки должны создаваться и просматриваться с достаточной производительностью; • чертежи должны быть полностью ассоциативными, то есть должна обеспечиваться возможность их создания и поддержки их соответствия 3Dмодели. Оформление чертежей должно соответствовать стандартам, принятым на предприятии; • должны быть обеспечена возможность проектирования всей необходимой оснастки, проектирование и анализ работы пресс-форм и штампов, автоматизированное создание УП для обработки на станках с ЧПУ, планирование производства без необходимости конвертировать 3D-модели в другие форматы; • должны существовать средства для проведения инженерного анализа и получения результатов расчетов; • система должна содержать широкий набор собственных приложений или же хорошо интегрированных приложений, разработанных сторонними производителями; • система должна поддерживать все необходимые промышленные стандарты – как для трансляции созданных в ней данных в другие форматы, так и для чтения данных, созданных в других системах; • средства управления данными об изделии (PDM) должны легко инсталлироваться и настраиваться, поддерживать сдачу и выбор данных из архива, а также контроль за их изменением. PDM-система должна поддерживать отношения между всеми файлами CAD/CAM/CAE-системы, хранение и обращение к данным, не связанным с CAD-геометрией; • графическое отображение геометрии и чертежей должно осуществляться с высоким качеством и производительностью для любых 3Dмоделей, используемых на предприятии; • интерфейс пользователя должен быть интуитивно понятным, простым в освоении и легким для запоминания. Необходима возможность настройки интерфейса пользователем. Должны существовать подробная документация и встроенные средства обучения; 141

• разработчик системы должен обеспечивать качественную поддержку программного обеспечения, исправление ошибок и решение возникающих проблем, а также консультации по вопросам, касающимся использования его продукта. Для тестирования систем и оценки их соответствия требованиям предприятия TechniCom предлагает пользоваться объективным методом, основанным на подсчете баллов. Такой подход позволяет количественно оценить степень, в какой каждая из предлагаемых систем отвечает требованиям и дает возможность сделать объективным выбор в пользу того или иного конкурирующего продукта. По этой методике каждому требованию, в зависимости от его важности, назначается весовой коэффициент в диапазоне от 0 до 100. Затем выставленная по десятибалльной шкале оценка степени соответствия тестируемой системы требованиям заказчика заносится в таблицы (см. таблицу), отдельно – для управленческих и технических требований. В шкале оценок степени соответствия 10 означает, что система полностью удовлетворяет, 0 – не удовлетворяет совершенно. Таблица Список требований

K – весовой коэффициент требования (0– 100)

С – степень соответствия (0–10)

Количество баллов (K×C)

Требование 1 Требование 2 Требование 3 …… Сумма балов При условии надлежащего выбора весовых коэффициентов для всех требований предприятия матричный метод, основанный на выставлении баллов, может быть крайне эффективным, во многом уменьшает обычный субъективизм качественных оценок, что, в свою очередь, избавляет от неожиданностей в процессе внедрения.

Контрольные вопросы 1. Какое главное требование стоит перед выбираемой СAD/CAM/CAE/ CAPP-системой? 2. Назовите основные этапы выбора СAD/CAM/CAE/CAPP-системы. 3. Назовите основные источники затрат при внедрении СAD/CAM/CAE/ CAPP-системы. 4. В чем заключается суть матричного метода оценки СAD/CAM/CAE/ CAPP-системы? 5. Какие преимущества дает использование матричного метода оценки? 142

8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ОПЕРАЦИЙ ШЛИФОВАНИЯ Современные Российские предприятия из-за активных темпов модернизации машиностроительной, авиа и космической отраслей увеличили фонд современных станков с ЧПУ до 80% от общего станочного парка. Лидерами в области систем управления, как по распространенности, так и по техническим возможностям являются зарубежные системы ЧПУ SINUMERIK (Siemens) и FANUC. Стоит отметить, что существует определенный уровень зависимости технологического направления подготовки производства от импортного программного обеспечения и поставляемых со станками технологиями (управляющими программами). Таким образом, данное направление, связанное с системами управления станками с ЧПУ, требует внутреннего развития резервов импортозамещения внутри базовой отрасли страны. Вместе с новыми возможностями такого оборудования появились и новые задачи, для решения которых необходимо задействовать передовые информационные, компьютерные и методологические наукоемкие технологии. Одно из направлений развития данного типа оборудования - высокоскоростная обработка, обеспечивающая наиболее высокую точность и низкую шероховатость изделия. Высокоскоростная обработка выполняется по управляющей программе (УП), разработанной технологом-программистом, квалификация которого существенно влияет на качество (технологичность) и эффективность разработанной программы. Основой проектирования высокоскоростных операций являются методики расчета и оптимизации параметров технологической системы на основе алгоритмов систем управления. При этом гибкость этапа проектирования операции зависит в первую очередь от возможности системы управления станком корректно и своевременно идентифицировать состояние процесса обработки. На основе выше сказанного, можно сделать вывод о том, что задача по проектированию высокоскоростных операций для станков с ЧПУ является актуальной для современной машиностроительной отрасли. Предлагается, для повышения производительности и эффективности операции минимизировать уровень значимости квалификации технолога-программиста станков с ЧПУ, за счет применения встраиваемой в систему ЧПУ методики адаптивного обучения станка, путем предварительного тестирования технологической системы и автоматической коррекции управляющей программы для каждой конкретной детали (партии деталей).

8.1. Проблемы проектирования высокоскоростных операций Одним из основных методов высокоскоростной финишной обработки, характеризующихся малой величиной припуска и высокими требования по точности, качеству формы и поверхности изделий, является шлифование. 143

Обширную группу операций составляет круглое врезное шлифование на станках с ЧПУ со скоростью резания от 150 м/с. Для станка с программным управлением важнейшим этапом проектирования технологического процесса является разработка УП. От качества разработанной УП зависит производительность технологического процесса, использование технологических возможностей станка и количество брака. Поскольку трудоемкость проектных работ составляет до 50-60% от всех затрат на изготовление изделия, то с учетом повышения уровня автоматизации, производительность производства становится зависимой от производительности и качества технологической подготовки производства. Учитывая большое количество проектируемых операций круглого врезного шлифования и ограниченные сроки их проектирования, а также многовариантность возможных технологических решений, становится очевидной необходимость автоматизированного расчета цикла шлифования, учитывающего фактические условия обработки для каждого конкретного изделия или партии изделий. Из-за наличия упругих перемещений в технологической системе и инерционности перемещающихся масс (шлифовальной бабки с кругом), фактическая скорость подачи, при ступенчатом переключении программной скорости подачи, изменяется плавно и не равняется программным ступеням подач по своим величинам. Следовательно, программная скорость подачи не может быть применена для расчета основного времени. Фактическая скорость подачи к концу ступени цикла условно совпадает с программной скоростью, хотя возможны варианты таких циклов, где фактическая скорость подачи не успевает достигнуть программного значения. На практике эксплуатация станков с числовым программным управлением показывает, что программная скорость подачи подбирается наладчиком опытным путем для каждой новой детали. Это приводит к большим материальным и временным затратам, поскольку необходимо провести пробную обработку каждой шлифуемой поверхности детали при различных численных значениях программной скорости подачи. Исходя из выше сказанного, следует, что установление численной связи между подачами с учетом динамики переходных процессов является одной из главных задач разработки управляющих программ.

8.2. Направление развития проектирования высокоскоростных операций в современном производстве Станки с программным управлением получили широкое распространение в серийном производстве в составе автоматических линий и отдельных участков. Например, на ОАО «АвтоВАЗ» круглошлифовальные станки механического производства работают в автоматических линиях. На челябинском филиале ОАО «Уралвагонзавод» производится обработка различных позиций коленчатых валов на четырех автоматических линиях. Высо144

кая эффективность шлифовальных станков с ЧПУ в единичном, мелкосерийном и серийном производствах, особенно при шлифовании нескольких шеек различного диаметра достигается за счет применения ступенчатых циклов шлифования. Циклы шлифования с выхаживанием, как правило, не применяются при обработке поверхностей с высокими требованиями по точности и качеству, так как на этапе выхаживания силовая разгрузка технологической системы происходит неравномерно, что приводит к рассеиванию размеров. На производстве, в основном, применяются 2-х и 3-х ступенчатые циклы. Для выполнения требований по точности и шероховатости без выхаживания применяют более мелкозернистые круги, что приводит к уменьшению производительности процесса шлифования. Реализация технологических возможностей круглошлифовальных станков с ЧПУ рассматривается в базовых циклах обработки, применяемых системах с числовым программным управлением (СЧПУ) фирмы Siemens, Fanuc, HeidenHain. Поэтому, возможности современных систем ЧПУ позволяют говорить о действительном макро и параметрическом программировании, а не о кодировании перемещений (например, в G-кодах). Главный эффект программного оборудования заключается в увеличении до 80-90% работы оборудования (15-20% у обычных станков). Обусловлено это тем, что резко сокращается вспомогательное время, время на смену инструмента и переналадку оборудования. Переналадка станков в этом случае заключается в замене программы, записанной программном носителе и замене шлифовального круга, с его правкой и балансировкой. В тоже время, имеется целое научное направление, занимающееся разработкой циклов высокоскоростной обработки. Такие циклы подразумевают деление операции на стадии (ступени) и назначении на каждую из стадий различающихся режимов резания. Основоположником российской науки о циклах шлифования является Г.Б. Лурье, которым под руководством Е.Н. Маслова изложил общую теорию расчетного метода проектирования рабочего цикла шлифования и предложил базовые варианты циклов круглого шлифования. Согласно методике Г.Б. Лурье, вся обработка делится на ступени, на которых отличается скорость радиальной подачи инструмента к заготовке. Г.Б. Лурье определил структуру базового цикла круглого шлифования: черновая ступень для интенсивного снятия припуска, чистовая ступень для исправления дефектов черной обработки и выхаживающая ступень для формирования шероховатости. Развитием теории Г.Б. Лурье занимались многие ученые. На кафедре «Технология автоматизированного машиностроения» Южно-Уральского государственного университета имеется работа, заслуживающая отдельного внимания. Работа принадлежит П.П. Переверзеву, который решает задачу управления формирования оптимального цикла операций круглого шлифования на основе подбора параметров управления методом их срав145

нения с предельно допустимыми по ряду технологических ограничений. Решением задачи является нахождение ситуации, при которой время обработки будет минимальным с учетом ограничений по погрешности размеров, износу инструмента и степени затупления зерен, допустимой глубине прижога, заданной шероховатости, количеству ступеней подачи станка, его мощности и другим условиям. П.П. Переверзев для некоторых ограничений выбирает существующие математические модели, а для других ограничений предлагает собственные. Совокупность таких ограничений позволяет по заданным входным технологическим параметрам определить ряд выходных показателей, ограничивающих скорость врезной подачи.

8.3. Пример реализации проектирования высокоскоростных операций шлифования для станков с ЧПУ Методологическую базу для систем проектирования высокоскоростных операций на станках с ЧПУ составляют: фундаментальные положения теории технологии машиностроения, теории резания при лезвийной и абразивной обработке, законы теории теплопроводности твердых тел, современные методы постановки экспериментальных исследований, и статистическая обработка результатов исследований. Базовыми являются следующие методы реализации систем высокоскоростных операций шлифования для станков с ЧПУ: 1. Математическое моделирование процессов высокоскоростной обработки на станках с ЧПУ. 2. Проведение натурных экспериментов на базе лабораторий и в производственной среде предприятий. 3. Статистическая обработка результатов серии экспериментов. 4. Алгоритмизация и программирование на объектно-ориентированном языке программирования. 5. Программирование в среде ISO-кодов станков с ЧПУ в системе FANUC, SINUMERIK, HAIDENHAIN. Можно выделить следующие направления использования данных систем: 1. Разработка цикла высокоскоростной обработки, учитывающего фактическое состояние технологической системы, обеспечивает методическую базу для последующего изучения и развития циклов шлифования. 2. Внедрение системы автоматизированного проектирования циклов высокоскоростной обработки в систему ЧПУ станка, что позволяет реализовать новое технологическое решение: применение станка для корректировки управляющих программ без применения отдельного модуля CAMсистемы. 3. Применение на всех высокотехнологичных предприятиях с целью автоматизации проектирования циклов высокоскоростной обработки на станках с ЧПУ. 146

Предлагается рассмотреть в качестве примера методику проектирования циклов круглого врезного шлифования для станков с ЧПУ, позволяющая рассчитывать режимы шлифования с автоматическим формированием количества ступеней цикла, разработанную В.И. Гузеевым, и А.Х. Нуркеновым [6]. В качестве начальных параметров при проектировании цикла шлифования принимаются параметры заготовки, шлифовального круга и фактическая жесткость технологической системы. Жесткость определяется путем измерения диаметра заготовки прибором активного контроля в процессе тестирования ТС и расчета радиальной составляющей силы резания. Построение цикла производится в системе координат «радиальная подача/припуск». Для поиска оптимального значения подач на каждой ступени цикла применяется метод направленного перебора. Для этого на систему координат накладывается сетка «радиальная подача/припуск». Вдоль оси радиальной подачи – сетка имеет равномерный шаг hs. Количество переключений подачи i=1...n. Начальная подача для перебора задается максимальной подачей по паспорту станка. Минимальный шаг подачи определяется дискретностью привода подач конкретного станка с ЧПУ. Вдоль оси припуска – сетка имеет переменный шаг hi, который зависит от радиальной подачи. Графическое отображение сетки «радиальная подача/припуск» представлено на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Наложение сетки «подача/припуск» в области проектирования цикла круглого врезного шлифования

147

После наложения сетки задается определенная очередность проверки ограничений при перемещении по сетке «радиальная подача/припуск». Первым рассчитывается ограничение радиальной подачи шлифовального круга по параметрам станка. Затем, рассчитывается подача, выполняющая требования по шероховатости поверхности детали при заданной частоте вращения заготовки. Далее расчетное значение подачи, ограниченное шероховатостью поверхности детали, сравнивается с паспортными данными станка. В случае выполнения ограничения по шероховатости поверхности данная подача записывается как допустимая при заданной начальной частоте вращения заготовки. Если неравенство не выполняется – частота вращения заготовки изменяется на заданный шаг m и производится повторный расчет радиальной подачи и её сравнение с паспортными данными станка. Величина шага влияет на количество проектируемых циклов шлифования и характеризует производительность расчетов. Таким образом, данный шаг выбирается из условий целесообразности при проектировании циклов шлифования. При выполнении ограничения по шероховатости поверхности детали следующим проверяется ограничение по потребной мощности привода для заданной величины радиальной подачи. Где необходимая мощностью привода рассчитывается. В случае не выполнения условий ограничения – заданная подача уменьшается на шаг по сетке hs. И производится повторный расчет ограничения по потребной мощности привода шлифовального круга. В случае выполнения ограничения – производится расчет предельной силы по осыпаемости шлифовального круга и главной составляющей силы резания для заданной радиальной подачи по уравнению. На основе неравенства производится сравнение расчетных значений силы. В случае не выполнения ограничения – заданная подача уменьшается на шаг по сетке hs. И производится повторный расчет ограничения по осыпаемости шлифовального круга. В случае выполнения ограничения – производится расчет температуры в зоне обработки и глубины прижога на поверхности заготовки при заданной радиальной подаче. Полученное значение глубины прижога проверяется на основе сравнения с остаточной величиной припуска. В случае не выполнения условий ограничения – заданная подача уменьшается на шаг по сетке hs. И производится повторный расчет ограничения по глубине прижога. В случае выполнения ограничения – производится проверка заданной радиальной подачи по величине упругих деформаций в технологической системе. Данное ограничение проверяется на основе моделирования снижения с заданной подачи до подачи, выполняющей требования по шероховатости поверхности детали. В случае не выполнения условий ограничения 148

– заданная подача уменьшается на шаг по сетке hs. И производится повторный расчет предшествующих ограничений. В случае выполнения ограничения – производится перемещение по сетке в координате припуска на заданной подаче и повторный расчет описанных выше ограничений. Данная последовательность действий по проверке ограничений производится до тех пор, пока величина остаточного припуска Пост не будет равна нулю. Для наглядности формирования ступеней в системе координат «радиальная подача/припуск» представлен пример формирования цикла на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Пример формирования ступеней цикла в координатах 1-2

На рисунке представлен шаг по сетке с радиальной подачей S1 и припуском h1. В точке 1 произведен расчет ограничений радиальной подачи S1 по паспортным данным станка, шероховатости поверхности, потребной мощности привода, осыпаемости шлифовального круга. Данная подача прошла этот блок ограничений, поэтому произведен расчет глубина прижога hприж. Из графика видно, что глубина прижога проходит ограничения по остаточному припуску. Поэтому производится расчет фактического изменения радиальной подачи с учетом фактической жесткости технологической системы (кривая 1) с заданной подачи S1 до подачи Smin, в которой 149

выполняются требования по шероховатости поверхности детали. В результате расчета фактическая координата удаляемого припуска 2* показывает отличие от заданного значения в координате «припуска» (точка 2), но при этом выполняется требование ограничения радиальной подачи по упругим деформациям в технологической системе. Таким образом, заданная подача S1 выполняет описанные выше ограничения и позволяет сформировать двухступенчатый цикл шлифования, гарантирующий выполнение заданных технологических ограничений при перемещении шлифовального круга в точку П0 с удалением всего припуска. Для проверки возможности улучшения полученного двухступенчатого цикла шлифования производится повторный шаг по оси «припуска» с подачей S1 (рис. 8.3.).

Рис. 8.3. Пример формирования ступеней цикла в координатах 1-3

В точке 2 также производится расчет ограничения радиальной подачи S1 глубине прижога. При выполнении ограничения по глубине прижога производится расчет фактического изменения радиальной подачи с учетом фактической жесткости технологической системы (кривая 1) с заданной подачи S1 до подачи Smin, в которой выполняются требования по шероховатости поверхности детали. В результате расчета фактическая координата удаляемого припуска 3* показывает отличие от заданного значения в координате «припуска» (точка 3), но требование ограничения радиальной подачи по упругим деформациям в технологической системе выполняется 150

(кривая 1). Таким образом, заданная подача S1 в данной координате по оси «припуска» также позволяет сформировать двухступенчатый цикл шлифования, выполняющий все ограничения при переходе в точку П0. Аналогично для оценки возможности улучшения цикла шлифования производится перемещении по координате оси «припуска» с подачей S1 в точку 3 (рис. 8.4.).

Рис. 8.4. Пример формирования ступеней цикла в координатах 1-4

Однако, заданная подача проходит только первые четыре ограничения. При расчете ограничения по прижогу из рисунка видно, что величина остаточного припуска меньше глубины прижога и при расчете снижения подачи S1 до подачи Smin не выполняется ограничение радиальной подачи по упругим деформациям в ТС, то есть снижение фактической подачи происходит в точке 4*, которая находится за пределами остаточного припуска в точке П0 (кривая 1). Таким образом, данный вариант не принимается и производится возврат по координате припуска в точку 2 и снижение подачи S1 до подачи S2 (рис. 8.5.). При новом значении подачи S2 производится перемещении по координате припуска из точки 3 в точку 4 с последующим расчетом ограничения по глубине прижога и упругим деформациям в технологической системе. В данном случае подача S2 проходит силовое ограничение и глубине прижога. После моделируется снижение подачи S2 до подачи Smin (кривая 1). Снижение радиальной подачи производится в точке 5*, что показывает выполнение ограничения по упругим деформациям в ТС. В результате получаем трехступенчатый цикл с удалением остаточного припуска в точке П0.

151

Для проверки возможности улучшения трехступенчатого цикла шлифования производится перемещение по координате «припуска» на подаче S2 в точку 5 (рис. 8.6.).

Рис. 8.5. Пример формирования ступеней цикла в координатах 1-5

Рис. 8.6. Пример формирования ступеней цикла в координатах 1-6

Из рис. 8.6 видно, что подача S2 не проходит ограничение по глубине прижога в точке 6 и по величине упругих деформаций в ТС при снижении подачи в точке 6*, так как присутствует выход за координату в точке П0 (кривая 1). Поэтому данный ход по сетке отбрасывается и производится

152

возврат в точку 4 с последующим снижением подачи S2 до подачи S3 в точке 5 (рис. 8.7.). Данная подача проходит силовые и ограничения по глубине прижога при перемещении в точку 6. Далее производится моделирование снижения подачи S3 до подачи Smin в точке 7. Из рисунка видно, что подача S3 проходит ограничение по упругим деформациям в ТС и формируется четырех ступенчатый цикл шлифования с удалением остаточного припуск в точке П0.

Рис. 8.7. Пример формирования ступеней цикла в координатах 1-7

Таким образом, по разработанной методике проектирования формируется первый вариант допустимого цикла шлифования, который записывается в массив циклов при заданной частоте. Затем начальная подача в сетке S1 уменьшается на заданный шаг hs и производится повторный расчет ограничений для оценки допустимости данного хода. После расчет ограничений также как и в первом варианте цикла производится расчет остальных ступеней цикл шлифования. В результате n-ого количества уменьшений начальной подачи цикла и повторных расчетов формируется второй допустимый цикл шлифования, который записывается в массив циклов при заданной частоте вращения заготовки. Таким образом уменьшение начальной подачи в следующем варианте цикла производится до тех пор начальная радиальная подача S1 не будет равна Smin, то есть будет сформирован одноступенчатый цикл шлифования при котором перемещение по оси «припуска» будет производится на максимальной подаче, ограниченной шероховатостью поверхности. В результате массив циклов будет содержать n-ое множество допустимых циклов шлифования с различным количеством ступеней цикла (рис. 8.8.). Из данного массива циклов выбирается 153

вариант с наименьшим временем обработки. Этот вариант цикла шлифования проверяется по возможности обеспечения точности заданного радиуса и формы детали в модели, описанной в главе 3. Если требования по допуску выполняются, то данный цикл записывается оптимальным при заданной частоте вращения детали. Если требования не выполняются – данный цикл удаляется из массива циклов и производится проверочный расчет следующего по производительности цикла.

Рис. 8.8. Формирование массива циклов шлифования

Данная последовательность повторяется до тех пор, пока проверяемый цикл не будет удовлетворять требованиям по заданной точности детали. Наиболее производительный цикл шлифования, выполняющий технологические ограничения записывается как оптимальный при заданной частоте вращения заготовки. Для проверки возможности повышения производительности полученного цикла шлифования проектируются дополнительные массивы циклов шлифования для других частот вращения заготовки. По заданному шагу w задается изменение частоты вращения детали. В результате производится повторное проектирование и поиск наиболее производительного цикла при измененной частоте вращения заготовки, по которому также проводится проверочный расчет по точности обработки. Если требования по точности выполняются, то данный цикл также записывается как наилучший в массив циклов по измененной частоте вращения заготовки. Если требования не выполняются – данный цикл удаляется и производится проверочный расчет следующего по производительности цикла. Последовательность действий описанная выше повторяется до выполнения требований по точности через проверочный расчет в модели. Таким образом, формируется 154

m-ое количество массивов циклов шлифования по заданным частотам вращения заготовки, где m – количество частот вращения заготовки (рис. 8.9). Из массива наилучших циклов шлифования выбирается цикл с минимальным временем обработки, который и будет оптимальным для фактической жесткости технологической системы. На основе описанных выше последовательных действий методики проектирования цикла круглого врезного шлифования разработан алгоритм (рис. 8.10). Данный алгоритм на основе блочного описания позволяет отобразить суть методики. На основе алгоритма разработано программное обеспечение (ПО). Интерфейс представляет собой диалоговое окно ввода параметров расчета в файл с расширением xls. Выходные данные формируются в виде документа с параметрами циклов, прошедших ограничения. При этом наиболее производительный цикл отмечается маркером для последующего проверочного расчета в программном обеспечении, моделирующем процесс шлифования с проверкой радиуса заготовки по точности обработки.

Рис. 8.9. Пример массива циклов шлифования при изменении частоты вращения заготовки

155

Рис. 8.10. Алгоритм методики проектирования цикла шлифования

156

Контрольные вопросы 1. Назовите особенности проектирования высокоскоростных операций для станков с ЧПУ. 2. Назовите проблемы проектирования высокоскоростных операций. 3. Назовите направления развития проектирования высокоскоростных операций в современном производстве. 4. Приведите пример реализации проектирования высокоскоростных операций шлифования для станков с ЧПУ

9. ВЕРИФИКАЦИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ Разработчиков условно можно разделить на два типа: 1. CAM-ориентированные компании, основным продуктом которых является именно CAM. 2. Компании, использующие CAM в составе CAD/CAM и PLMкомплексов, причем функционал CAM в таких решениях не является основной. Всего в мире насчитывается порядка 60 программных продуктов, из них примерно половина имеет международное признание и чуть более 20 продуктов представлены на отечественном рынке. Кроме того, все CAM подразделяются на те, что имеют собственные средства моделирования и продукты, встраиваемые и работающие исключительно в интерфейсе популярных CAD-систем. США по-прежнему являются безусловным лидером по количеству производимых продуктов CAM, на втором месте – Великобритания (если учитывать происхождение серии Delcam), Россия замыкает первую тройку. Наиболее продуктивными в области продвижения и внедрения на производстве за последние несколько лет можно считать три иностранных продукта: ESPRIT, Mastercam и SolidCAM и два отечественных: SprutCAM и ADEM. SolidCAM делает ставку на развитие дилерской сети и пиар своего фирменного ВСО модуля iMachining. ESPRIT и SprutCAM привычно активны в интернет — новостной блог поставщика ESPRIT обновляется практически ежедневно, а программный продукт из Набережных Челнов блистает симпатичными посадочными страницами (landing page). ADEM и Mastercam характеризуются приличным количеством опубликованных рекламных статей. Delcam, который еще недавно был безоговорочным лидером в медийном пространстве, после поглощения Autodesk и реформирования бизнеса на российском направлении заметно потерял в публичности, при этом узнаваемость PowerMILL и FeatureCAM не пострадала. Подавляющее большинство компаний понимает, что сегодня на рынке невозможно завоевать прочные конкурентные позиции, не добившись широкого признания своих 157

брендов потребителями. Сила бренда повышается, когда потребители признают, что соответствующей компании или продукту можно доверять. Последние несколько лет практически не изменили позиций сильных брендов, но, судя по проведенному опросу, позволили ряду отстающих набрать дополнительные очки популярности. Стоит подчеркнуть, что сама по себе известность CAM-системы напрямую не влияет на уровень ее продаж. С другой стороны, функциональные возможности продукта так же не являются залогом коммерческого успеха — здесь нужен баланс качеств. Поэтому существует потребность в продуктах, расширяющих возможности технологической подготовки производства путем интеграции с симуляторами и верификаторами станков с ЧПУ. Однако, существуют проблемы с прямой и обратной стыковкой программного обеспечения, которые заключаются, чаще всего, в продвижении интересов производителей CAMсистем по принципу «Наш CAM – наш симулятор». Таким образом, формируется ограниченность применения данных продуктов с различными системами сквозного проектирования. Для отечественного производителя это является точкой доступа к возможности решения данной проблемы. При этом все зависит от уровня возможности реализации данной стыковки и интеграции в целом. Перспективы развития CAM-систем и автоматизированной технологической подготовки производства в целом в первую очередь обосновываются объемами реализации станков с ЧПУ и программного обеспечения для эффективной работы со сложными технологическими системами. Само оборудование и сопровождающие продукты формируют прямую зависимость с потребностями в верификации и симуляции процесса обработки на этапе технологической подготовки производства. Высокая цена оборудования и оснастки, формирует тенденцию к поиску решений для минимизации производственных издержек. Таким образом, наиболее перспективным является направление, связанное с предварительной проверкой управляющих программ до выхода на станок с ЧПУ. Эффективность данного направления будет зависеть в первую очередь от функциональных возможностей программного продукта. При этом установлен факт преобладания зарубежных компаний в данном направлении.

9.1. Реализации верификации управляющих программ для станков с ЧПУ Ключевыми представителями программного обеспечения для верификации и симуляции обработки на станках с ЧПУ являются зарубежные продукты Vericut и IMSverify. Vericut представляет собой визуализатор движения режущего инструмента. Vericut выполняет следующие функций: 1.Симуляция — обеспечивает визуализацию процесса съема материала с заготовки по готовым управляющим программам. 158

2. Верификация — дает возможность контролировать процесс обработки, принимая во внимание движение и взаимное расположение рабочих органов станка, используемого технологического оборудования и инструмента. 3. Анализ — позволяет оценивать качество обработки путем сравнения обработанной заготовки с моделью детали и проводить измерение геометрических параметров. 4. Экспорт — помогает при отработке новой детали на предмет ее технологичности, замыкая цепь «конструктор — технолог-программист ЧПУ»; при этом 3D-модель обработанной детали из Vericut переносится в CAD-систему в формате IGES или STL. 5. Оптимизация — осуществляет корректировку подач для ускорения обработки, повышения качества обработки и эффективности использования оборудования. IMSverify программный продукт для проверки и анализа управляющих программ станков с ЧПУ. IMSverify выполняет следующие функций: 1. Создание точек останова (в специфических кадрах, точках смены инструмента и др). 2. Динамическое вращение, перемещение и изменение масштаба во время обработки. 3. Синхронизации APT, G-кодов и съёма материала. 4. Полная многокоординатная поддержка, включая RTCP и рабочих плоскостей. 5. Изображения инструмента, патрона, заготовки, зажимов и приспособлений. 6. Твердотельное удаление материала. 7. Станочная симуляции, включающей определение видов столкновений. Для закрепления принципа применения и разработки виртуальных станков с ЧПУ в среде верификации рассмотрим более детально продукт IMSmachine, IMSPost и IMSverify. IMSmachine – это анимационная и графическая программа, работающая автономно или как компонент IMSpost, которая позволяет быстро и точно описать и проверить кинематику станка с ЧПУ (рис. 9.1.). Базовыми функциями IMSmachine являются: • Графическое построение станка на основе 3D-модели. • Задание станочной кинематики. • Любое количество линейных и поворотных осей. • Любое количество кинематических компонентов. • Симуляция движения станка для любого или всех компонентов одновременно. • Измерение расстояния между компонентами в любом положении. 159

• Механизм сборки для описания взаимосвязи между компонентами. • Экспорт и Импорт построенных заранее компонентов. • Мульти видовые возможности. • Библиотека предварительно настроенных станков. IMSpost – это программное обеспечение, используемое для разработки постпроцессоров и эмуляторов контроллеров станков с ЧПУ. Расчет траектории производится в CAD/CAM- системе (формат APT/CL),которая затем конвертируется в коды конкретного станка (G/M-коды), с учетом особенностей его кинематики (рис. 9.2.). IMSpost работает со всеми широко распространенными CAD/CAM-системами и аппаратными платформами, и позволяет создавать управляющие программы для оборудования с ЧПУ любой сложности. Базовыми функциями IMSpost являются: • Поддержка методов высокоскоростной обработки (HSM). • Автоматическое преобразование программ с линейной интерполяцией в NURBS-формат.

Рис. 9.1. Реализация графического интерфейса IMSmachine для станка MoriSeiki NMV5000

• Создание собственного интерфейса или меню; вызов собственных DLL, скриптов или приложений во время работы постпроцессора. • Автоматическая аппроксимация серий отрезков дугами (в любой плоскости) (рис. 9.3.). • Решение проблемы нелинейности для многокоординатных станков. • Оптимизация вывода, используя линейное касание. • Поддержка любых типов станков с любым количеством линейных и поворотных осей. 160

• Поддержка циклов сверления в 5-ти осях. • Поддержка станков с коллинеарными осями. • Имитация циклов сверления для станков без поддержки фиксированных циклов. • Использование одного и того же постпроцессора для разных CAMсистем и операционных систем. • Удобный и эффективный макроязык с возможностью построчной отладки на уровне исходных кодов и отслеживания переменных (Рис. 9.4.). • Доступ ко всем внутренним переменным постпроцессора. • Поддержка вывода кодов типа Conversational. • Изменение синтаксиса кодов пользователем (Рис. 9.5.).

Рис. 9.2. Реализация графического интерфейса IMSpost для станка MoriSeiki NMV5000

IMSverify – обеспечивает возможность проверки УП на уровне кодов постпроцессора, которые будут запускаться непосредственно на станке, а не только посредством проверки APT или CL файлов в САМ-программах (Рис. 9.6.). Верификация G-кодов, отрабатываемых на виртуальном станке позволяет произвести отладку обработки детали до «выхода на станок». IMSverify является инструментом проверки и анализа кадров управляющей программы и позволяет определить проблемы с помощью: • Точек останова (в специфических кадрах, точках смены инструмента и др) (рис. 9.7.). 161

• Динамического вращения, перемещения и изменения масштаба во время обработки (рис. 9.8.). • Синхронизации APT, G-кодов и съёма материала (рис. 9.9.). • Полной многокоординатной поддержки, включая RTCP и рабочих плоскостей. • Детального изображения инструмента, патрона, заготовки, зажимов и приспособлений (рис. 9.10.). • Твёрдотельного удаления материала с реальной визуализацией и использование контроля цвета, прозрачности и подсвечивания ошибок. • Полной станочной симуляции, включающей определение всех видов столкновений.

Рис. 9.3. Функция аппроксимация серий отрезков дугами

162

Рис. 9.4. Реализация макроязыка с возможностью построчной отладки на уровне исходных кодов и отслеживания переменных

Рис. 9.5. Реализация синтаксиса кодов пользователем

163

Рис. 9.6. Реализация графического интерфейса IMSverify для станка MoriSeiki NMV5000

Рис. 9.7. Реализация точек останова в кадрах УП, точках смены инструмента и др

164

Рис. 9.8. Реализация динамического вращения, перемещения и изменения масштаба во время обработки

Рис. 9.9. Реализация синхронизации APT, G-кодов и съёма материала

165

Рис. 9.10. Реализация изображения инструмента, патрона, заготовки, зажимов и приспособлений и столкновений между ними

Контрольные вопросы 1. Назовите основных производителей программного обеспечения для верификации управляющих программ станков с ЧПУ. 2. Назовите цель и способы верификации управляющих программ станков с ЧПУ. 3. Назовите ключевые особенности верификатора Vericut. 4. Назовите ключевые особенности верификатора IMSverify.

166

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Кондаков, А.И. САПР технологических процессов : учеб. для вузов по специальности «Технология машиностроения» направления «Конструкт.-технол. обеспечение машиностр. пр-в» / А.И. Кондаков. – М.: Академия , 2010. – 267 с. 2. Серебреницкий, П.П. Программирование автоматизированного оборудования. Ч. 1 : учебник для вузов по направлениям «Технология, оборудование и автоматизация машиностр. пр-в» и дипломир. специалистов «Конструкт.-технол. обеспечение машиностр. пр-в», «Автоматизир. технологии и пр-ва» : в 2 ч. / П. П. Серебреницкий, А.Г. Схиртладзе. – М. : Дрофа , 2008. – 570 с. 3. Серебреницкий, П.П. Программирование автоматизированного оборудования. Ч. 2 : учебник для вузов по направлениям «Технология, оборудование и автоматизация машиностр. пр-в» и др.: в 2 ч. / П.П. Серебреницкий, А.Г. Схиртладзе. – М. : Дрофа , 2008. – 301 с. 4. Дьяконов, А.А. Разработка управляющих программ для токарных станков с ЧПУ в системе ADEM. Учебное пособие / А.А. Дьяконов. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2008. – 46 с. 5. Ли, К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE) / К. Ли. – СПб.: Питер, 2004. – 560 с. 6. Гузеев, В.И. Методика проектирования цикла врезного шлифования на основе тестового определения жесткости технологической системы / В.И. Гузеев, А.Х. Нуркенов // СТИН. 2014. №8. С. 31–35.

167

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ........................................................................................................... 3 1. Основы проектирования ............................................................................. 4 1.1. Техническое задание на НИР и проведение НИР ................................. 4 1.2. Порядок выполнения и эффективность ОКР ........................................ 7 Контрольные вопросы .................................................................................. 10 2. Задачи и виды СAD/CAM/CAE/CAPP-систем ....................................... 10 2.1. Классификация СAD/CAM/CAE/CAPP-систем .................................. 14 2.2. Виды обеспечения СAD/CAM/CAE/CAPP-систем............................. 16 Контрольные вопросы .................................................................................. 19 3. Обзор современных СAD/CAM/CAE/CAPP-систем 3.1. Система MASTERCAM ......................................................................... 19 3.2. Система PowerMILL .............................................................................. 21 3.2.1. Адаптация к конкретному оборудованию .................................... 24 3.2.2. Линеаризация круговых движений ............................................... 24 3.3. Система ESPRIT ..................................................................................... 25 Продукты и решения ................................................................................. 29 3.4. Система UNIGRAPHICS ....................................................................... 34 Основные особенности системы UNIGRAPHICS ................................. 35 3.5. Система EdgeСam................................................................................... 49 3.5.1. Цикл обработки по контуру (Profiling Cycle) ............................... 54 3.5.2. Обработка корпусных деталей (Prismatic Machining) ................. 54 3.5.3. Чистовая обработка зигзагом (Parallel Lace) ................................ 56 3.5.4. Постоянный контроль высоты гребешка в цикле чистовой обработки (Constant Cusp Finishing) ........................................................ 57 3.5.5. «Карандашная» фрезерная обработка (Pencil Milling) и чистовая дообработка (Rest Finishing) ................................................. 57 3.5.6. Токарная обработка на станках с ЧПУ ......................................... 58 3.5.7. В-осевая механообработка ............................................................. 62 3.6. ADEM ...................................................................................................... 64 3.6.1. Описание системы............................................................................... 64 3.6.2. Краткое описание функций в ADEM ................................................ 67 3.7. Creo .......................................................................................................... 86 3.7.1. Приложения Creo ................................................................................ 86 3.7.2. Модульные составляющие ................................................................. 88 3.8. Компас-3D 3.8.1.Трехмерное проектирование в программе КОМПАС ...................... 94 3.8.2. КОМПАС-Штамп 5.6 – новые инструменты для конструктора технологической оснастки ........................................................................... 97 Контрольные вопросы ................................................................................ 105 4. PDM .......................................................................................................... 105 4.1. Функции PDM....................................................................................... 105 168

4.2. Электронное хранилище документов ................................................ 106 4.3. Структуризация проекта и классификаторы, классификация документов ................................................................................................... 106 4.4. Атрибуты и система поиска ................................................................ 108 4.5. Разграничение доступа ........................................................................ 109 4.6. Интеграции различных CAD-систем ................................................. 110 4.7. Автоматическое отслеживание и история создания и управления изменениями ................................................................................................ 111 4.8. Коллективная работа над проектом ................................................... 112 4.9. Отчеты и экспорт информации ........................................................... 114 4.10. Управление нормативно-справочной информацией ...................... 114 4.11. Внутренняя почтовая система .......................................................... 115 4.12. Передача данных в ERP-системы ..................................................... 115 Контрольные вопросы ................................................................................ 117 5. Электронная документация .................................................................... 117 5.1. Публикация чертежей .......................................................................... 118 5.2. Публикация трехмерных проектов..................................................... 119 5.3. Технические иллюстрации .................................................................. 121 5.4. Интерактивные руководства ............................................................... 122 Контрольные вопросы ................................................................................ 126 6. PLM ........................................................................................................... 126 6.1. Компоненты и составляющие PLM .................................................... 128 6.2. Главные процессы PLM ....................................................................... 130 Контрольные вопросы ................................................................................ 134 7. Выбор СAD/CAM/CAE/CAPP-систем .................................................. 135 7.1. Инициация процесса ............................................................................ 136 7.2. Выяснение потенциальных преимуществ системы .......................... 137 7.3. Формализация требований к системе ................................................ 137 7.4. Анализ затрат ........................................................................................ 138 7.5. Выбор системы ..................................................................................... 139 Контрольные вопросы ................................................................................ 142 8. Проектирование высокоскоростных операций шлифования ............. 143 8.1. Проблемы проектирования высокоскоростных операций............... 143 8.2. Направление развития проектирования высокоскоростных операций в современном производстве .................................................... 144 8.3. Пример реализации проектирования высокоскоростных операций шлифования для станков с ЧПУ ............................................... 146 Контрольные вопросы ................................................................................ 157 9. Верификация управляющих программ для станков с ЧПУ................ 157 9.1. Реализации верификации управляющих программ для станков с ЧПУ ............................................................................................................ 158 Контрольные вопросы ................................................................................ 166 Библиографический список ....................................................................... 167 169

Учебное издание

Дьяконов Александр Анатольевич, Нуркенов Антон Халилевич САD/САМ/САЕ/САРР-СИСТЕМЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ Учебное пособие

Техн. редактор А.В. Миних Издательский центр Южно-Уральского государственного университета Подписано в печать 10.10.2017. Формат 60×84 1/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 10,0. Тираж 30 экз. Заказ 332/553. Отпечатано в типографии Издательского центра ЮУрГУ. 454080, г. Челябинск, проспект Ленина, 76.