Интегрированная система ADEM, появившаяся на отечественном и зарубежном рынке в середине девяностых годов имеет предысторию научных исследований, проведенных совместно специалистами России, Израиля, Германии.
Задача этих исследований состояла в определении параметров программного комплекса для автоматизации основного объема проектно-конструкторско-технологических работ для предприятий машиностроительного профиля. Было проведено обследование ряда предприятий, как на территории упомянутых государств, так и в США и Канаде. Был проанализирован рынок CAD, CAM, CAD/CAM, PDM, TDM систем, библиотек инженерной графики, объемного моделирования и других сопутствующих продуктов.
Задача этих исследований состояла в определении параметров программного комплекса для автоматизации основного объема проектно-конструкторско-технологических работ для предприятий машиностроительного профиля. Было проведено обследование ряда предприятий, как на территории упомянутых государств, так и в США и Канаде. Был проанализирован рынок CAD, CAM, CAD/CAM, PDM, TDM систем, библиотек инженерной графики, объемного моделирования и других сопутствующих продуктов.
Состав комплекса
Состав комплекса определен спектром работ по подготовке производства. Независимо от размеров, формы и структуры предприятия в этом процессе всегда присутствуют:
Даже на малых и "миниатюрных" предприятиях эти виды работ имеют место в той или иной пропорции. При корпоративной форме разработки изделия работы могут быть разнесены по подрядчикам, но неизменно присутствуют в макро картине.
Таким образом, для автоматизации подготовки производства необходимо наличие следующих компонентов:
Вышесказанное подразумевает приобретение шести специализированных программных продуктов. Для многих предприятий это довольно дорого. Если взять, например, шесть систем невысокого уровня по средней цене 4000$, то уже получится 24000$ за комплекс. Добавим к этому расходы на обучение, освоение, внедрение и поддержку шести различных систем и затраты превратятся в весьма серьезную сумму.
Более того, для эффективной работы необходимо еще обеспечить надежный обмен данными между системами. Даже если это будет единая поставка от одного интегратора, останется еще много подводных камней, связанных с различиями во внутренних структурах данных.
Поэтому перед разработчиками системы ADEM была поставлена задача создать единый продукт с шестью интегрированными компонентами. Информационное пространство для всех компонентов должно быть общим и учитывать особенности разнородных задач. Благодаря высокой степени интеграции система должна стать эффективным инструментом сквозного проектирования с окупаемостью менее года.
Создавая интегрированную систему, "заточенную" под сквозное проектирование, разработчики понимали, что на практике систему будут эксплуатировать и помодульно. Для этого следовало обеспечить эффективность не только всего комплекса, но и каждой его части, как самостоятельной системы. Поэтому требования к функциональности каждой составляющей формировались с учетом преимуществ и недостатков лучших аналогов. Данный подход позволил получить продукт, который может быть оптимальным образом (с точки зрения затрат пользователя) рассредоточен по рабочим местам.
- проектные работы по определению технических данных, характеристик, состава и облика изделия, выпуск ПД;
- конструкторская проработка, детализация проекта с выпуском КД;
- технологическая проработка, составление техпроцессов, оформление ТД;
- программирование станков с ЧПУ;
- контроль качества продукции;
- моделирование изделий и оснастки;
- управление документами.
Даже на малых и "миниатюрных" предприятиях эти виды работ имеют место в той или иной пропорции. При корпоративной форме разработки изделия работы могут быть разнесены по подрядчикам, но неизменно присутствуют в макро картине.
Таким образом, для автоматизации подготовки производства необходимо наличие следующих компонентов:
- проектно-конструкторская среда для геометрического моделирования;
- чертежная среда для оформления документации;
- технологическая среда прoектирования техпроцессов;
- среда программирования ЧПУ;
- среда контроля качества;
- среда управления документами.
Вышесказанное подразумевает приобретение шести специализированных программных продуктов. Для многих предприятий это довольно дорого. Если взять, например, шесть систем невысокого уровня по средней цене 4000$, то уже получится 24000$ за комплекс. Добавим к этому расходы на обучение, освоение, внедрение и поддержку шести различных систем и затраты превратятся в весьма серьезную сумму.
Более того, для эффективной работы необходимо еще обеспечить надежный обмен данными между системами. Даже если это будет единая поставка от одного интегратора, останется еще много подводных камней, связанных с различиями во внутренних структурах данных.
Поэтому перед разработчиками системы ADEM была поставлена задача создать единый продукт с шестью интегрированными компонентами. Информационное пространство для всех компонентов должно быть общим и учитывать особенности разнородных задач. Благодаря высокой степени интеграции система должна стать эффективным инструментом сквозного проектирования с окупаемостью менее года.
Создавая интегрированную систему, "заточенную" под сквозное проектирование, разработчики понимали, что на практике систему будут эксплуатировать и помодульно. Для этого следовало обеспечить эффективность не только всего комплекса, но и каждой его части, как самостоятельной системы. Поэтому требования к функциональности каждой составляющей формировались с учетом преимуществ и недостатков лучших аналогов. Данный подход позволил получить продукт, который может быть оптимальным образом (с точки зрения затрат пользователя) рассредоточен по рабочим местам.
Проектно-конструкторская среда
При формировании требований к проектно-конструкторской части системы был учтен опыт эксплуатации собственной разработки (CherryCAD) и других популярных CAD систем.
В качестве главного направления разработки была принята интегрированность плоских и объемных методов проектирования. Иными словами, система должна в равной степени реализовать 2D и 3D моделирование при единой логике управления. ADEM был спроектирован таким образом, что движение проекта в нем может осуществляться по любому из четырех направлений:
В конечном итоге, любой объект в системе может быть представлен и в плоском и в объемном виде, в зависимости от конкретной ситуации и удобства работы. В дальнейшем эта особенность сыграла еще одну важную роль - помогла многим конструкторам быстро осваивать объемное моделирование в процессе текущей работы на основе традиционных способов проектирования.
В части объемного моделирования главным требованием была поставлена задача обеспечить гибридное моделирование (твердотельное и поверхностное), необходимое для решения задач проектирования машиностроительных и инструментальных изделий. Именно это и определило выбор пакета ACIS (Spatial technologies) в качестве основного ядра моделирования. На базе этого пакета в системе ADEM реализовано гармоничное существование объектов в виде твердых тел и поверхностей, и свободное преобразование одних в другие.
Еще одной причиной выбора ACIS стал тот факт, что его базовый формат файла (SAT) стал промышленным стандартом в отличие от закрытых форматов других лицензируемых пакетов. Наличие внутри системы этого стандарта служит фундаментом надежности обмена данными с популярными CAD системами.
В качестве главного направления разработки была принята интегрированность плоских и объемных методов проектирования. Иными словами, система должна в равной степени реализовать 2D и 3D моделирование при единой логике управления. ADEM был спроектирован таким образом, что движение проекта в нем может осуществляться по любому из четырех направлений:
- в плоскости,
- в объеме,
- от плоскости к объему,
- от объема к плоскости.
В конечном итоге, любой объект в системе может быть представлен и в плоском и в объемном виде, в зависимости от конкретной ситуации и удобства работы. В дальнейшем эта особенность сыграла еще одну важную роль - помогла многим конструкторам быстро осваивать объемное моделирование в процессе текущей работы на основе традиционных способов проектирования.
В части объемного моделирования главным требованием была поставлена задача обеспечить гибридное моделирование (твердотельное и поверхностное), необходимое для решения задач проектирования машиностроительных и инструментальных изделий. Именно это и определило выбор пакета ACIS (Spatial technologies) в качестве основного ядра моделирования. На базе этого пакета в системе ADEM реализовано гармоничное существование объектов в виде твердых тел и поверхностей, и свободное преобразование одних в другие.
Еще одной причиной выбора ACIS стал тот факт, что его базовый формат файла (SAT) стал промышленным стандартом в отличие от закрытых форматов других лицензируемых пакетов. Наличие внутри системы этого стандарта служит фундаментом надежности обмена данными с популярными CAD системами.
Рис. 1 Моделирование - важнейший этап современной подготовки производства.
Необходимым требованием к конструкторской части стало обеспечение точности моделирования, достаточной для программирования станков с ЧПУ. В связи с этим, все алгоритмы системы изначально были ориентированы на работу с погрешностью не превышающей 10-6 мм.
Неотъемлемой частью проектно-конструкторской системы является функциональность для оформления чертежной документации. В этой части главная задача была определена как универсальность в отношении способа проектирования. ADEM можно использовать просто, как плоскую компьютерную чертилку (электронный кульман) или получать чертежи на базе трехмерной модели. В последнем случае система автоматизированно строит чертежные виды, ломаные, ступенчатые и местные разрезы, разнообразные сечения и проекции.
Автоматические размеры, ассоциативные чертежные символы, библиотеки стандартных и нестандартных элементов, информаторы стандартных рядов значений, базы способов построений и много другое является основой эффективного оформления чертежей в системе ADEM.
Выполнено было и требование по считыванию и редактированию бумажных чертежей. Для этого единое пространство системы пополнилось растровым моделированием и гибридным растрово-векторным редактированием. Таким образом ADEM получил функциональность продукта еще одного назначения.
Итак, проектно-конструкторская среда ADEM является единым 2D-3D-BitMap пространством, насыщенным различным инструментарием для решения широкого спектра задач моделирования , черчения, оформления и редактирования документации.
Неотъемлемой частью проектно-конструкторской системы является функциональность для оформления чертежной документации. В этой части главная задача была определена как универсальность в отношении способа проектирования. ADEM можно использовать просто, как плоскую компьютерную чертилку (электронный кульман) или получать чертежи на базе трехмерной модели. В последнем случае система автоматизированно строит чертежные виды, ломаные, ступенчатые и местные разрезы, разнообразные сечения и проекции.
Автоматические размеры, ассоциативные чертежные символы, библиотеки стандартных и нестандартных элементов, информаторы стандартных рядов значений, базы способов построений и много другое является основой эффективного оформления чертежей в системе ADEM.
Выполнено было и требование по считыванию и редактированию бумажных чертежей. Для этого единое пространство системы пополнилось растровым моделированием и гибридным растрово-векторным редактированием. Таким образом ADEM получил функциональность продукта еще одного назначения.
Итак, проектно-конструкторская среда ADEM является единым 2D-3D-BitMap пространством, насыщенным различным инструментарием для решения широкого спектра задач моделирования , черчения, оформления и редактирования документации.
Технологическая среда
При формировании требований к технологической части системы был учтен опыт эксплуатации собственной разработки (Катран) и других популярных CAМ и CAD/CAM систем.
Технологический модуль так же является частью единого пространства системы ADEM. Изначально он условно был разделен на две предметные области: программирования ЧПУ и проектирования техпроцессов с оформлением техдокументации. В последних версиях системы обе части получили единый пользовательский интерфейс и программирование ЧПУ стало лишь специальной функцией проектирования техпроцесса.
Кроме требований быть частью единого целого, технологический модуль ADEM, согласно сформулированным требованиям, обладает еще рядом уникальных свойств.
Исследования рынка программных продуктов для автоматизированного составления техпроцессов выявили серъезную проблему. Большинство разработок в этой области представляют узко направленные программы, рассчитанные на определенные формы исполнения документации.
Например, для российского рынка, где на каждом предприятии существуют свои, отличные от стандартных традиции создания технологических документов, применение подобных продуктов крайне ограничено.
Поэтому во главу соответствующего модуля системы ADEM был положен принцип гибкой настройки генератора техпроцессов под стандарты и нормы предприятия.
Это позволило создать универсальный инструмент технолога-разработчика техпроцессов и не только. Генератор применяется для оформления и других документов, для расчета норм, для планирования и т.п.
Аналогичная проблема существует и у многих систем для программирования ЧПУ. Адаптация их к конкретному оборудованию и традициям программирования нередко является очень трудоемким и дорогостоящим процессом, иногда даже требующим участия разработчиков.
Поэтому, универсальный генератор постпроцессоров, спроектированный еще в системе Катран, получил первый приоритет в NC части системы ADEM. В совокупности с обширной библиотекой готовых постпроцессоров, которые можно использовать в качестве вариантов в первом приближении, генератор позволяет пользователю производить стыковку с любым оборудованием с ЧПУ.
Важной базой для универсальности системы послужил принцип инвариантности модуля программирования ЧПУ в отношении исходных данных. Так же как и проектно-конструкторская часть системы, программирование ЧПУ может проводиться на основе плоских, объемных и гибридных моделей. Это значит, что у пользователя появляется возможность повышения эффективности процесса без перестройки традиций. Или просто он получает более широкие возможности для маневра и выбора рационального подхода к программированию ЧПУ. Для подрядчика, работающего в кооперации, это тем более важно - уметь изготовить по исходным данным разного рода.
В области ЧПУ существует задача, очень похожая на редактирование сканированных чертежей. Это сохранение и редактирование ранее написанных программ. Вопрос крайне актуален, когда происходит переоснащение новым оборудованием. Приходится либо писать программы заново, либо, как это реализовано в системе ADEM - репроцессировать их во внутренние структуры и пропускать через постпроцессор для нового станка.
Преобразование во внутренние структуры позволяет не просто перевыпустить программу, но и вносить в нее необходимые изменения.
Одной из самых распространенных проблем при программировании ЧПУ по чертежным документам является несоответствие параметров в чертеже реальному изделию. Это возникает по нескольким причинам:
Чтобы избежать подобных ошибок, передовые предприятия в обязательном порядке производят точное компьютерное геометрическое моделирование, предшествующее этапу программирования ЧПУ. И неотъемлемым исходным данным становится объемная или плоская модель. Для тех, кто вынужден в работать по электронным чертежам без модели, в системе ADEM предусмотрена функция автоматического анализа точности чертежной геометрии и соответствия указанным размерам. Она дает представление о том, насколько чертежные виды, разрезы, сечения представляют модель, описанную размерами.
Технологический модуль так же является частью единого пространства системы ADEM. Изначально он условно был разделен на две предметные области: программирования ЧПУ и проектирования техпроцессов с оформлением техдокументации. В последних версиях системы обе части получили единый пользовательский интерфейс и программирование ЧПУ стало лишь специальной функцией проектирования техпроцесса.
Кроме требований быть частью единого целого, технологический модуль ADEM, согласно сформулированным требованиям, обладает еще рядом уникальных свойств.
Исследования рынка программных продуктов для автоматизированного составления техпроцессов выявили серъезную проблему. Большинство разработок в этой области представляют узко направленные программы, рассчитанные на определенные формы исполнения документации.
Например, для российского рынка, где на каждом предприятии существуют свои, отличные от стандартных традиции создания технологических документов, применение подобных продуктов крайне ограничено.
Поэтому во главу соответствующего модуля системы ADEM был положен принцип гибкой настройки генератора техпроцессов под стандарты и нормы предприятия.
Это позволило создать универсальный инструмент технолога-разработчика техпроцессов и не только. Генератор применяется для оформления и других документов, для расчета норм, для планирования и т.п.
Аналогичная проблема существует и у многих систем для программирования ЧПУ. Адаптация их к конкретному оборудованию и традициям программирования нередко является очень трудоемким и дорогостоящим процессом, иногда даже требующим участия разработчиков.
Поэтому, универсальный генератор постпроцессоров, спроектированный еще в системе Катран, получил первый приоритет в NC части системы ADEM. В совокупности с обширной библиотекой готовых постпроцессоров, которые можно использовать в качестве вариантов в первом приближении, генератор позволяет пользователю производить стыковку с любым оборудованием с ЧПУ.
Важной базой для универсальности системы послужил принцип инвариантности модуля программирования ЧПУ в отношении исходных данных. Так же как и проектно-конструкторская часть системы, программирование ЧПУ может проводиться на основе плоских, объемных и гибридных моделей. Это значит, что у пользователя появляется возможность повышения эффективности процесса без перестройки традиций. Или просто он получает более широкие возможности для маневра и выбора рационального подхода к программированию ЧПУ. Для подрядчика, работающего в кооперации, это тем более важно - уметь изготовить по исходным данным разного рода.
В области ЧПУ существует задача, очень похожая на редактирование сканированных чертежей. Это сохранение и редактирование ранее написанных программ. Вопрос крайне актуален, когда происходит переоснащение новым оборудованием. Приходится либо писать программы заново, либо, как это реализовано в системе ADEM - репроцессировать их во внутренние структуры и пропускать через постпроцессор для нового станка.
Преобразование во внутренние структуры позволяет не просто перевыпустить программу, но и вносить в нее необходимые изменения.
Одной из самых распространенных проблем при программировании ЧПУ по чертежным документам является несоответствие параметров в чертеже реальному изделию. Это возникает по нескольким причинам:
- недостаточность или отсутствие этапа геометрической проработки конструкции;
- применение значений размеров из стандартных рядов;
- условности, предписываемые стандартами оформления чертежей;
- просто ошибки конструктора или техника-чертежника.
Чтобы избежать подобных ошибок, передовые предприятия в обязательном порядке производят точное компьютерное геометрическое моделирование, предшествующее этапу программирования ЧПУ. И неотъемлемым исходным данным становится объемная или плоская модель. Для тех, кто вынужден в работать по электронным чертежам без модели, в системе ADEM предусмотрена функция автоматического анализа точности чертежной геометрии и соответствия указанным размерам. Она дает представление о том, насколько чертежные виды, разрезы, сечения представляют модель, описанную размерами.
Рис. 2 Точность проектирования - основа качества изготовления.
Получение заданного качества обработанных поверхностей в системе ADEM обеспечивает группа параметров, влияющих на формирование траектории движения инструмента и режимы резания. Управляя ими, технолог-программист может получать различные варианты обработки, и соответственно, различное качество деталей.
Режимы резания могут быть автоматически рассчитаны по встроенным или пользовательским алгоритмам.
Контроль качества необходим и непосредственно перед выходом на станок. Чтобы сохранить заготовку, инструмент и оборудование, в систему ADEM включен модуль моделирования процесса обработки. Он содержит инструментарий для визуального контроля, качественного и количественного сравнения исходной и полученной моделей.
Благодаря участию зарубежных партнеров, ADEM постоянно пополняет свой арсенал данными о новейших достижениях в области методов механообработки, о новом инструменте и оборудовании. Особую роль при этом играет Западная Германия, как полигон передовых технологий.
В то же время происходит подпитка идеями со стороны российских предприятий. Такое сочетание новых технологий с уникальными подходами позволяет постоянно наращивать интелект системы.
Об этом свидетельствует широкий спектр оборудования, который поддерживает система.
Это токарные, фрезерные (2.5x-5x, в том числе и высокоскоростные), электроэрозионные (2x-4x), листопробивочные станки с различными системами управления.
Итак, технологическая среда ADEM является пространством, насыщенным различным инструментарием для решения задач проектирования техпроцессов, программирования ЧПУ, контроля качества, оформления технологической документации.
Режимы резания могут быть автоматически рассчитаны по встроенным или пользовательским алгоритмам.
Контроль качества необходим и непосредственно перед выходом на станок. Чтобы сохранить заготовку, инструмент и оборудование, в систему ADEM включен модуль моделирования процесса обработки. Он содержит инструментарий для визуального контроля, качественного и количественного сравнения исходной и полученной моделей.
Благодаря участию зарубежных партнеров, ADEM постоянно пополняет свой арсенал данными о новейших достижениях в области методов механообработки, о новом инструменте и оборудовании. Особую роль при этом играет Западная Германия, как полигон передовых технологий.
В то же время происходит подпитка идеями со стороны российских предприятий. Такое сочетание новых технологий с уникальными подходами позволяет постоянно наращивать интелект системы.
Об этом свидетельствует широкий спектр оборудования, который поддерживает система.
Это токарные, фрезерные (2.5x-5x, в том числе и высокоскоростные), электроэрозионные (2x-4x), листопробивочные станки с различными системами управления.
Итак, технологическая среда ADEM является пространством, насыщенным различным инструментарием для решения задач проектирования техпроцессов, программирования ЧПУ, контроля качества, оформления технологической документации.
Cреда управления документами
Работа в едином конструкторско-технологическом пространстве требует особых правил взаимодействия между пользователями. Проектированием изделия, как правило, занимается не один человек, а коллектив разработчиков. Поэтому необходимо обеспечить доступ к документам в режиме реального времени всех участников процесса проектирования, другими словами, обеспечить коллективную работу над проектом. Кроме того, в процессе этой работы создается большое количество различных документов: 3D-моделей, чертежей, спецификаций, технологических процессов, ведомостей и т.д. И в данной ситуации не обойтись без систем управления проектными данными.
Можно выделить основные задачи, которые необходимо решить:
В рамках системы ADEM данные задачи решает встроенный модуль 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.
Электронный архив ADEM Vault - это не просто система для хранения документов. Это открытая система, имеющая возможность передавать накопленную информацию (данные спецификаций, технологических процессов и ведомостей) в другие системы, имеющая возможность интегрироваться с системами управления предприятием (ERP-системы). Способы передачи данных могут быть различными: ASCII-файлы, таблицы баз данных и прочие, в том числе с использованием языка XML, который позволяет передавать еще и структурные связи.
Итак, электронный архив ADEM Vault, является решением, которое не только объединяет в одном информационном пространстве всех участников процесса проектирования и предоставляет инструменты по работе с документами, но и обеспечивет данными системы планирования и управления предприятием.
Можно выделить основные задачи, которые необходимо решить:
- структурированное хранение документов
- авторизованный доступ к хранилищу
- защита документов от несанкционированного доступа
- обеспечение коллективной работы с документами
- ведение версий документов
- поиск по атрибутам
- ведение библиотек стандартных и нестандартных элементов
- администрирование пользователей и архивов
- генерация различного вида отчетов и ведомостей
В рамках системы ADEM данные задачи решает встроенный модуль 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.
Электронный архив ADEM Vault - это не просто система для хранения документов. Это открытая система, имеющая возможность передавать накопленную информацию (данные спецификаций, технологических процессов и ведомостей) в другие системы, имеющая возможность интегрироваться с системами управления предприятием (ERP-системы). Способы передачи данных могут быть различными: ASCII-файлы, таблицы баз данных и прочие, в том числе с использованием языка XML, который позволяет передавать еще и структурные связи.
Итак, электронный архив ADEM Vault, является решением, которое не только объединяет в одном информационном пространстве всех участников процесса проектирования и предоставляет инструменты по работе с документами, но и обеспечивет данными системы планирования и управления предприятием.
Заключение
Мы рассмотрели главные принципы, положенные в основу системы ADEM. Генеральной целью разработчиков было создание интегрированной системы с функциональностью, эквивалентной шести разнородным продуктам, обеспечив тем самым комплексное решение основных задач конструкторско-технологической подготовки производства.
ADEM - это не просто шесть в одном. Созданный продукт является единым проектно-конструкторско-технологическим пространством и представляет инструмент для повышения эффективности производства при рациональном распределении затрат на автоматизацию. Это подтверждается опытом эксплуатации системы на больших, средних и малых предприятиях России, ближнего зарубежья и стран Западной Европы.
ADEM - это не просто шесть в одном. Созданный продукт является единым проектно-конструкторско-технологическим пространством и представляет инструмент для повышения эффективности производства при рациональном распределении затрат на автоматизацию. Это подтверждается опытом эксплуатации системы на больших, средних и малых предприятиях России, ближнего зарубежья и стран Западной Европы.
авторы статьи: Быков А., Карабчеев.К.