ADEM - CAD/CAM интеграция высокого уровня

Обычно CAD и CAM систем являются специализированными программными продуктами для решения локальных задач: черчения, моделирования, написания техпроцессов, программирования ЧПУ и т.п. Каждая из таких систем может быть сверх эффективной в своей области. 

Но когда встает вопрос о подготовке производства в целом, который можно решить только интегрировав весь научно-технический потенциал в единый механизм , выясняется, что локальные преимущества совсем не гарантируют общую эффективность.
Кроме проблемы обмена данными между разнородными программными продуктами с различными внутреннеми представлении информации есть и более серьезное препятствие на пути достижения цели. Оказывается, что для эффективного решения комплексной задачи, идеология программных компонент системы должна иметь серьезные отличия от той, что применяется в отдельных продуктах для решения частных задач. 

Программные продукты , предназначенные для комплексной автоматизации подготовки производства называются интегрированными CAD/CAM системами. Они, как правило, предоставляют пользователю единое проектно-конструкторско-технологическое пространство. Подчиненные главной цели, входящие в них компоненты сделаны, подобраны и “притерты” таким образом, чтобы обеспечить сквозные процессы проектирования с максимальным эффектом 

Если рассматривать интегрированный CAD/CAM, то прежде всего следует обратить внимание на возможности совмещения плоского и объемного моделирования с системой технологической подготовки производства. Система ADEM изначально была ориентирована на подобную организацию работы, однако исторически сложившаяся структура имела ряд особенностей. Система логически была разделена на три основных модуля ADEM-CAD, ADEM-CAM, ADEM-TDM. 

Все три модуля появились в системе практически одновременно, в начале 90-х. Если назначение первых двух модулей в то время не вызывало особых вопросов, то название ADEM-TDM был достаточно новым, хотя назначение модуля было знакомо многим - выпуск технической документации. Работая в единой среде с чертежно-графической частью, TDM позволяет быстро и эффективно оформлять конструкторскую спецификацию, карты техпроцесса с операционными эскизами для любого вида производства (механообработка, сборка, сварка и пр.) и всевозможные ведомости и документы, сопутствующие всему процессу проектирования. 

Несмотря на то, что все модули работали на единой базе данных и были достаточно тесно связаны между собой, развитие гибридного объемного моделирования и расширение возможностей технологической части системы заставил нас несколько переосмыслить степень интеграции и общую организацию системы. 

Во-первых, опыт работы в едином 2D/3D пространстве проектирования в версиях 6 и 7 позволил сформулировать круг задач и понять возможности, которые открываются перед технологами - пользователями САМ части системы ADEM. Теперь для проектирования ЧПУ-программ возможно использовать в одном проекте все многообразие геометрических элементов: тела, грани, ребра и плоские элементы (Рис 1.). 
Принципиально новые возможности работы с геометрией пришли с появлением твердотельных моделей. На их основе можно получать данные о топологии детали и автоматически определять такие технологические параметры, как глубина обрабатываемого элемента, угол наклона стенки, тип отверстия и др. Таким образом, система стала более интеллектуальной, определяя самостоятельно часть параметров . 


Рис 1. Задание обработки с объемной модели.

Во-вторых, TDM со временем расширил свои возможности и стал выполнять функции системы управления и планирования производственных процессов. 

Это послужило основой для создания новой версии CAD/CAM/CAPP системы ADEM версии 8.0, которая позволит не только автоматизировать, но и координировать весь процесс подготовки производства от проектирования и конструирования до выхода готовых изделий. Поэтому в определении ADEM, как интегрированной системы, добавилась и третья важнейшая составляющая – CAPP - автоматизированное планирование (проектирование) производственных процессов. 

В новой версии TDM изменит свое положение в структуре системы. Теперь он станет основой управления всей технологической частью независимо от видов оборудования и способов производства. Идея единого пользовательского интерфейса наиболее полно решена при проектировании технологических процессов (ТП). Особенностью является единое технологическое пространство. Под этим понимается единый технологический процесс, включающий в себя программные операции для станков с ЧПУ, операции на универсальное оборудование и вспомогательные операции. Иными словами, в одном пространстве объединяется работа технолога и технолога-программиста. Данное преимущество позволяет более гибко использовать систему ADEM в технологическом проектировании (см. Рис. 1). Это выражается в следующем:

· технологический процесс представляет собой единое целое;
· в пределах одного маршрута может быть спроектировано несколько операций с ЧПУ и получено соответствующее количество управляющих программ;
· технолог-программист получает доступ ко всем библиотекам нормативно-справочной базы данных оборудования, приспособлений, инструмента и т.д.;
· расчет режимов резания и норм времени на все операции технологического процесса и, как итог, расчет времени изготовления детали в целом, учитывая время работы и универсального оборудования, и станка с ЧПУ;
· комплект технологических документов, при наличии операций с ЧПУ, включает и карты наладки на каждую операцию.
Единый технологический процесс представляет собой объектно-ориентированное «дерево», состоящее из объектов различных классов технологического назначения: операции, переходы, инструменты и др. 


Рис 2. Единый пользовательский интерфейс. 

Каждый объект может содержать связанную с ним геометрическую информацию, которая отображается в основном окне. Таким образом, обеспечивается концепция единого конструкторско-технологического пространства. Для обычных операций геометрическая информация используется для скалывания обрабатываемых размеров и создания операционных эскизов, для операций с ЧПУ – в качестве исходной информации для проектирования траектории движения.

Единое конструкторско-технологическое пространство и перевод технологического модуля на объектно-ориентированную основу позволили пересмотреть принципы формирования траектории движения инструмента. Раньше для обеспечения актуальности и целостности модели приходилось пересчитывать весь маршрут обработки, что приводило иногда к значительным потерям времени. Теперь, если конструктор или технолог вносят изменения в соответствующие части единой модели, АДЕМ точно знает и даже сообщает пользователю, какие объекты технологической базы данных подверглись модификации, пересчитывая только эти объекты. Такая стратегия позволила существенно сократить сроки разработки ЧПУ-программы, оставляя пользователей в привычном для них едином пространстве, сохранив при этом все преимущества ассоциативных связей между конструкторской и технологической моделями. 

Параллельно с перестройкой общей организации технологического модуля в системе ADEM продолжалось бурное развитие возможностей программирования станков с ЧПУ. В этом вопросе законодателями моды выступали как наши западноевропейские партнеры, так и отечественные пользователи. 


Рис 3. Черновая высокоскоростная обработка (сглаженная траектория). 

Именно по их запросам мы приступили к разработке модуля высокоскоростного фрезерования. Первым этапом стала модернизация существующих схем фрезерования, обеспечивающих гладкую траекторию при черновой выборке и при подходе/отходе к контуру (См. Рис. 3). Была доработана схема спирального врезания, обеспечивающая плавное вхождение инструмента в материал с одновременным выходом на траекторию обработки. На следующем этапе были созданы новые схемы обработки, применяемые в высокоскоростном фрезеровании:

§ спиральная обработка карманов и окон;
§ трохоидальное фрезерование пазов (См. Рис. 4);
§ гладкие траектории при 3-х обработке зигзагом и петлей, с возможностью плавного перехода между строчками по дуге или по отрезку, касательному к границе поверхности;


Рис 4. Трохоидальное фрезерование. 

Развитие обработки в системе ADEM коснулось не только фрезерования, значительные новшества были заложены в токарную обработку.
В первую очередь был кардинально переработан алгоритм работы с пользовательскими инструментами. Теперь геометрия режущей пластинки и резцедержателя учитывается как на чистовых, так и на черновых проходах, обеспечивая полный контроль столкновений инструмента с деталью и элементами приспособлений. Был разработан механизм выделения необработанных зон, поднутрений и их последующей обработки другим инструментом. ADEM теперь постоянно контролирует состояние заготовки и использует эту информацию для оптимизации холостых перемещений в процессе расчета траектории обработки всей детали. 
По предложению одного из российских предприятий, например, была разработана уникальная технология обработки длинных валов, до 100-150 диаметров, без использования дополнительного центра. Данная технология позволила практически исключить деформацию (отгиб) детали при обработке. 

Также в систему были встроены следующие новые возможности:

§ Изменение на участках чистового контура таких технологических параметров, как подача, обороты шпинделя, номера корректоров и др. Это в значительной мере повышает гибкость управления параметрами обработки и позволяет оптимизировать чистовые проходы (См. рис. 5);
§ Задание группы точек врезания. При этом ADEM автоматически выбирает ближайшую разрешенную точку и выполняет врезание именно в ней, сокращая тем самым непроизводительные перемещения по воздуху;
§ Создание типовых технологических шаблонов. Используя эту возможность, пользователи теперь могут накапливать и использовать библиотеки типовых схем обработки, просто определяя геометрические элементы, на которых данный шаблон будет выполняться;
§ Размещение элементов обработки на группе точек. Данная возможность значительно упростила задание групповых операций, позволяя выполнять копирование и поворот обрабатываемых объектов; 


Рис 5. Прессформа, изготовленная методом сквозного проектирования. 

В новой версии был полностью переделан механизм задания и управления системами координат обрабатываемых элементов. Это позволило в значительной степени облегчить и повысить удобство задания зонной обработки и полностью исключить влияние способа создания используемого геометрического элемента на обработку, что осложняло работу в предыдущих версиях. 

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 ADEM Vault, 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 ADEM Vault. 


Рис 6.Электронный архив ADEM Vault. 

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 разработки технической документации на изделие, выпускать различного вида ведомости в целом по изделию и т.д. 
Но электронный архив ADEM Vault это не замкнутая система, способная только хранить 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 использованием языка XML, который позволяет передавать и сами данные, и, что главное, структурные связи между этими данными. 

Одной из новых возможностей системы стал анализ геометрии модели. Эта функция позволяет производить проверку достаточности геометрической информации для подготовки производства и соответствие модели тому, что задумал конструктор. 
Практика показывает, что подобный агализ крайне важен не только с точки зрения технических аспектов, но и помогает решить задачу преодоления структурных барьеров между подразделениями. Если конструктор на этапе проектирования уже видит проблемы, которые возникнут при подготовке производства , он может принимать иные методы и решения, обеспечивая тем самым корректную информационную базу для изготовления изделия.
Еще более серьезной оценкой технологичности конструкции является применение на этапах проектирования функциональности модуля ADEM CAM. Работая в едином конструкторско-технологическом пространстве пользователь имеет возможность самостоятельно изготовить виртуальную деталь по всем законам механообработки, и оценить технологичность, используя качественные и количественные параметры. 

Интеграция конструкторских и технологических задач на базе одного программного комплекса позволяет получить уникальный инструмент, в котором сплетены математические методы, технический интелект и производственный опыт. Оснащение этим инструментом содействут переходу от локальной к общей эффективности цикла проектирования и подготовки производства. Проще говоря, единое пространство для мыслей – основа коллективной работы для достижения главной цели. 

автор статьи: Казаков А.А., Красильников А.А.