Анализируя современные предприятия, оснащенные ЧПУ, с точки зрения затрат на подготовку производства, можно отметить следующее: поиск способов повышения эффективности, который предпринимают владельцы и директора предприятий, очень часто лежит в неправильной плоскости.
ПРОБЛЕМА - Затраты на отладку
Распространенное мнение, что главное совершенствование процесса проектирования и производства состоит в ускорении моделирования деталей и генерации УП (управляющих программ), верно лишь отчасти. Применение более производительных CAD/CAM систем если и приносит экономический выигрыш, то не более десяти процентов от реально возможной экономии.
Ключ к проблеме лежит в области организации и распределении CAD/CAM ресурсов на предприятии. Дело в том, что мало кто пытался изменить ставшее традиционным отношение к цеху.
Рис 1.
В то время как отделы программирования ЧПУ оснащены на самом современном уровне, информационные технологии цеха практически не изменились с 60-х годов. Предприятия теряют сотни и тысячи долларов на каждом заказе и даже не осознают этого.
Рассмотрим традиционную схему программирования станка с ЧПУ.
Допустим, что для выполнения заказа требуется 10 часов программирования с помощью CAD/САМ системы. Один час программирования стоит 25 $. Затем управляющая программа посылается в цех для отладки на станке. Время работы станка с оператором стоит 100 $ в час (цены условные).
Оператору требуется 6 часов чтобы настроить станок, устанавливая подачу, скорость, минимизируя время и т.д. Чтобы внести изменения прямо в управляющую программу (УП) надо просмотреть сотни строк текста, "охотясь" за цифрой или строкой, что занимает много времени и является причиной ошибок. Пропущенные минусы и "выкинутые" запятые не редкость при редактировании управляющей программы. В результате программа отлаживается и оптимизируется до тех пор, пока не получен положительный результат.
Итак, сумма затрат на программирование:
250$ + 600$ = 850$
Учитывая, что первый проект практически никогда не бывает окончательным решением, рассмотрим вторую итерацию процесса. При внесении изменений в проект мы получим еще более контрастное соотношение составляющих.
Программист вносит изменения в CAD/CAM файл. В этом случае внесение изменений занимает около часа. Затем генерируется новая УП и посылается обратно в цех.
Но изменения, которые вносил оператор станка, потратив на них 6 часов, были внесены в старую УП. В исходный же CAD/CAM файл так и не были внесены все исправления, сделанные в цеху. В результате оператор должен заново отладить УП, увеличивая тем самым и вероятность новых ошибок.
Ему приходится дублировать уже сделанную работу. Если это и занимает уже меньше времени, чем на первом этапе, то незначительно, например 4 часа вместо 6.
Сумма затрат на программирование при внесении изменений:
25$ + 400$ = 425$
Если проект меняется всего дважды, то общая сумма будет составлять:
(250$+25$+25$) + (600$+400$+400$) = 300$ + 1400$ = 1700$
Теперь попробуем сэкономить за счет применения CAD/CAM, у которой производительность в два раза выше существующей.
Мы получим экономию всего в 150$ из 1700$!?
Итак, главные расходы связаны с отладкой УП. И происходит это по нескольким причинам:
- работа с УП требует значительной подготовки, занимает много времени и вызывает высокую вероятность ошибок, связанных с человеческим фактором;
- высокая стоимость цехового оборудования, а иногда и тестовых заготовок;
- изменения, внесенные в управляющую программу, не заносятся сразу же в исходный САМ файл. И хотя исправленная управляющая программа обычно посылается обратно программисту, в действительности САМ файлы обновляются крайне редко.
РЕШЕНИЕ - Цеховой CAD/CAM
Многие годы CAD/CAM системы использовались для создания управляющих программ на станок. И хотя в некоторых случаях это может быть продуктивно, скорее всего, использование CAD/CAM систем в процессе отладки значительно увеличит производительность.
Решением является цеховой CAD/CAM, с которым непосредственно и работает оператор.
Рис 2.
Возьмем пример, описанный выше. CAD/CAM файл (не управляющая программа) передается оператору. Все изменения во время отладки вносятся прямо в главный CAD/CAM файл. Теперь, при первом же внесении изменений в проект, главный CAD/CAM файл возвращается программисту для внесения изменений, а потом опять в цех.
Ни одно из изменений, которые были сделаны оператором, не потеряно, так как и оператор и программист работают с одним и тем же файлом.
В результате чего затраты на отладку будут не более 350 $ вместо 1400 $.
Также преимуществом является сокращение "бумажной" работы. И программист, и оператор работают с одним и тем же файлом, а это значит, что не нужны ни чертежи детали, ни маршруты обработки, ни список инструментов и т.д. Все это облегчает работу и сокращает количество ошибок. Становится ясно, что ускорение процесса программирования незначительно снижает себестоимость заказа по сравнению с теми деньгами, которые можно экономить, предоставив персоналу цеха тот же инструмент, который применяют конструктор, технолог, программист.
Одной из современных систем, подходящей на роль цехового CAD/CAM, является ADEM. Рассчитаный на поддержку полного цикла проектирования и технологической подготовки, ADEM органично внедряется практически на любом машиностроительном производстве.
Система в равной мере оперирует с разнородными объектами:
- плоскими моделями (чертежи, эскизы, схемы и др.)
- объемными моделями (твердотельные, поверхностные)
- технологическими конструктивами (колодец, паз, поверхность и др.)
- технологическими операциями (фрезеровать, сверлить, точить и др.)
- технологическими стратегиями (зигзаг, спираль, петля и др.)
- технологическими параметрами (коррекция, засверливание, врезание и др.)
- технологическими маршрутами
Все данные модели хранятся в едином *.ADM файле и могут быть доступны независимо от последовательности их создания и создания ассоциативных связей между ними.
Пользовательский интерфейс ADEM условно разделен на три сегмента: моделирование плоское и объемное, программирование ЧПУ, генерация технической документации. Каждый из сегментов (модулей) рассчитан на определенный этап проектирования и подготовки производства и, соответственно, различные типы задач. Важно отметить, что диалог с пользователем в каждом сегменте ведется на знакомом для него языке. Так конструктор, работая с чертежами или трехмерными моделями, оперирует уже известными ему понятиями, а технолог, не задумываясь над внутренними особенностями системы, создает маршрут обработки и получает файл УП.
Рис 3.
Адаптивность к станочному парку позволяет работать с любым видом оборудования с ЧПУ (2x, 2.5x, 3x, 4x, 5x). Это подразумевает не только универсальный генератор постпроцессоров, но и уникальные возможности процессора для механообработки. Так, например, возможно использовать 2.5x оборудование для обработки деталей со сложной поверхностью. Для этого ADEM имеет ряд специальных стратегий фрезерования поверхностей (Z-level, XYZ-XY) на простом оборудовании, обеспечивая при этом заданное качество поверхности. Использование дешевого 2.5х оборудования для решения задач трехкоординатной обработки позволяет сократить расходы на покупку более дорогих станков или модернизацию старого оборудования. Если учесть, что цена 3х станка исчисляется десятками или сотнями тысяч долларов, то такие расходы могут быть значительными.
Адаптивность к способу производства позволяет создавать управляющие директивы для станков и людей. То есть, генерирует УП для станков с ЧПУ и/или технологическую документацию в виде маршрутных карт и т.п. для управления универсальным оборудованием.
Одно из важнейших свойств ADEM - блокировка функций. Если существует разделение функций между различными рабочими местами, то на каждом рабочем месте может быть включена своя группа возможностей. Например, если ADEM установлен как рабочее место оператора станка, то функции изменения геометрических моделей могут быть заблокированы. Тем самым обеспечивается сохранность той части файла, над которой хозяином является конструктор-технолог. И наоборот, параметры, выставленные оператором станка, могут быть недоступны программисту.
Особое место в CAD/CAM ADEM занимают системы контроля, позволяющие найти и исправить практически все ошибки до выхода на станок.
Рис 4.
Система текущего контроля позволяет заранее задать качество поверхности. В этом случае расчет траекторий движения инструмента будет производиться исходя из двух критериев: минимального времени обработки и получения качества поверхности не хуже заданного. Для самого тщательного предварительного контроля результатов механообработки, ADEM оснащен динамическим визуализатором процессов резания. Возможно также сравнить исходную модель с конечной моделью с точностью до 0.00001 мм.
На рисунках 1-4 приведены примеры деталей, время подготовки производства которых было сокращено в 4, 7, 50 и 135 раз соответственно.
Таким образом, CAD/CAM ADEM занимает особое место среди систем проектирования и уверенно решает задачи как в конструкторском и технологическом бюро, так и непосредственно в цехе.