Я конструктор, работаю с САПР ADEM. Очень удобный и эффективный инструмент. Но многие возможности системы я не использую, так как в своей практике мне ни разу не приходилось заниматься вопросами, связанными с техпроцессами, программированием станков с ЧПУ и т.п. В связи с этим вопрос - а для чего нужна система, в которой интегрированы конструкторские и технологические возможности?
Именно этот вопрос стоял перед разрабочиками интегрированной системы ADEM при определении будущих характеристик программного комплекса. А правильно ли создавать единый глубоко интегрированный конструкторско-технологичесий продукт?
Может быть имеет смысл выпустить линейку из нескольких узкоспециализированных продуктов для конструктора, технолога, программиста ЧПУ под единой торговой маркой? Ведь такая дискретная идеология, казалось, больше соответствует структуре отечественных предприятий, где очень часто проектанты отделены от конструкторов, конструкторы от техбюро, а последние - от производства. Если каждому подразделению предоставить оптимальный инструмент для решения своих локальных задач, не это ли является наиболее разумным решением автоматизации?
Подобной, казалось бы, вполне разумной логике, противоречат некоторые факты.
Факт 1. Из математических методов известно, что оптимальные решения частных задач не гарантируют оптимальное решение задачи в целом.
Факт 2. Из истории развития техники известно, что все революционные технические решения были всегда связаны с "компактной" концентрацией научно-производственного потенциала и с отсутствием каких-либо бюрократических или структурных барьеров. Вспомните, как начинали Туполев, Королев, Яковлев. НИИ, КБ и ТБ - все было максимально приближено к производству, грубо говоря, все находилось в цеху.
Факт 3. Из анализа экономической эффективности предприятий следует, что одним из главных методов снижения себестоимости и повышения конкурентоспособности продукции является сокращение цикла конструкторско-технологической подготовки производства в целом.
Факт 4. Дефицит и рост стоимости квалифицированных кадров приводит к необходимости решать задачи минимальным числом участников.
Факт 5. Современное состояние программных и технических средств позволяет решать на одном рабочем месте комплекс задач, для работы над которым ранее требовался коллектив специалистов разных направлений.
Рис.1. Единый документ в ADEM. Чертеж и модель.
Итак, допустим, мы предоставим каждому участнику конструкторско-технологической подготовки производства удобный для него инструмент, с которым он будет чувствовать себя комфортно на своем рабочем месте. Комфортно в данном случае означает, в первую очередь то, что специалисту будет удобнее, чем обычно, осуществлять свою трудовую деятельность в рамках штатного расписания.
Конструктору, например, будет легче оформлять чертежи, технологу сподручнее составлять техпроцессы и проще программировать станки с ЧПУ.
Окажет ли это влияние на сокращение процесса подготовки производства в целом?
Давайте представим, что мы соберем новый автомобиль из агрегатов, которые поставщикам было удобно изготавливать. В лучшем случае мы получим старый вариант авто, в худшем он вообще никуда не поедет или даже не соберется.
Нарушен главный принцип соответствия цели и применяемых средств.
Примерно тот же результат происходит и с автоматизацией. Если мы пытаемся добиться сокращения сроков конструкторско-технологической подготовки производства, то характеристики инструментов автоматизации должны в первую очередь соответствовать этой задаче. Все остальные свойсва инструментов, в том числе и обеспечение максимальной комфортности отдельных рабочих мест - вторичны и не являются определяющими (хотя и не противоречат основной задаче).
Теперь рассмотрим, каковы же должны быть характеристики нашей САПР для сокращения периода подготовки производства.
Первое, что влияет на сроки подготовки это линейность процесса. Известно, что кратчайшее расстояние между двумя точками - прямая. Если путь извилист, а еще хуже - имеет петли (внутренние циклы), то это и есть одна из макро причин увеличения сроков подготовки. Например, если конструкторская документация после технологической проработки возвращается в КБ для доработки, и это происходит неоднократно, то мы имеем дело с петлей, причем с многовитковой.
Поэтому первой задачей, которую должна решать наша САПР, является уменьшение числа или исключение циклов, связанных с уточнением исходных данных. Исходное данные здесь это и документация и плазы/шаблоны, если они присутствуют и программы ЧПУ и прочие объекты, составляющие модель изделия.
Второе явление, приводящее к увеличению сроков подготовки, о котором уже неоднократно упоминалось в печати - переработка данных. Всем известный пример - время на прочтение документации. Имеется в виду не просто чтение документов, а время на осмысление того, что же изложено в чертежах, схемах и т.п. и перевод этой информации на другой специализированный "язык".
Особую роль играет эта проблема на стыке конструкторских и технологических отделов, когда технологам-программистам приходится заново с нужной точностью провязывать конструкцию деталей, чтобы запрограммировать станки с ЧПУ. При этом не только теряется много времени, но выявляется большое число конструкторских ошибок , что приводит к возникновению ранее упомянутых циклов.
Отсюда следует вторая задача для нашего САПР - предоставление информации в единообразном виде, сокращающем или исключающем этапы переработки данных.
Метод решения этих двух главных задач состоит в организации процесса проектировании на основе единой модели (мастер-модели). Речь не идет о чем-то абсолютном и общем для всех и вся. В первую очередь это касается геометрической информации, которая движется из подразделения в подразделение и обрастает подробностями от первой осевой линии, проведенной проектировщиком, вплоть до станка.
Главное, чем отличается этот геометрический объект от чертежа, тем, что это точная модель с однозначно определенной (в пространстве или на плоскости) геометрией. Здесь важна в первую очередь геометрия, а не ее представление системой чертежных видов и линейных и угловых размеров. Мастер-модель является универсальным объектом для любого этапа проектирования, независимо от способов и "языка" ее дальнейшей обработки.
Справедливости ради следует заметить, что в конструкторской практике всегда присутствовали элементы моделирования. Называется этот процесс "провязкой" или "увязкой" и состоит он в решении геометрических задач с использованием традиционного конструкторского инструмента - линейки, циркуля, транспортира. Провязка всегда рассматривалась как важный этап проектирования, но никогда не является конструкторским документом или объектом, сопровождающим документы. Другими словами качество и точность провязки дело сугубо личное или внутри коллективное.
Рис.2. Виртуальный инжиниринг в ADEM - новая ступень контроля качества.
Итак, первичной становится математическая мастер-модель. Если она существует, то и геометрически эквивалентный ей материальный объект имеет право на существование. Иными словами, если конструктору удалось создать мастер-модель, то это означает, что он полностью решил геометрическую задачу проектирования. В данном случае математическая модель является объектом, более близким к реальности, чем чертеж, который по своей сути не лимитирует геометрические коллизии.
Если это так, то метод позволяет исключить итерационные циклы, связанные с исправлением геометрических ошибок. Более того, математическая модель исключает разночтение для всех служб, которые используют эти данные.
Упрощает ли этот подход работу конструкторe? На первый взгляд - усложняет, так как обязует его заниматься точным геометрическим моделированием, которое исключает принятие волюнтаристских решений. С другой стороны, в процессе моделирования конструкция принимает конкретные и однозначные очертания, что является несомненным плюсом в процессе творческого поиска.
Что же такое мастер-модель с организационной точки зрения? Ведь основным документам, который генерирует конструктор, сегодня является конструкторская документация (спецификация, чертежи и пр.). Логика подсказывает следующий ответ. Математическая модель это такой же объект как плаз, шаблон, макет или само изделие. И работа с ним требует одного - обеспечить ее жизненный цикл наравне с другими объектами подготовки производства.
Возможно ли существование мастер-модели в среде разнородных программных продуктов? Теоретически да, если обеспечить однозначный обмен данными. Практически же, для обеспечения жизненного цикла такой модели необходима единая интегрированная среда, которая и составляет основу интегрированных CAD/CAM систем. Поэтому, когда система ADEM "закладывалась на стапеля" в основе ее был принят принцип единого конструкторско-технологического пространства.
Интегрированная CAD/CAM система позволяет работать с мастер-моделью на значительно более высоком уровне, по сравнению с вариантом работы группы различных программных продуктов, имеющих доступ к мастер-модели, пусть даже в среде PDM или PLM.
Речь идет об ассоциативных связях между моделью и написанных на ее основе технологических процессах и управляющих программах для ЧПУ. Эти ассоциативные связи позволяют сократить до минимума время и затраты на внесение изменений в технологию, вызванных изменением модели. Других методов, позволяющих добиваться столь высокоэффективных результатов, сегодня не существует.
Еще один фактор, тормозящий процесс подготовки производства. Речь идет все о том же размежевании между конструкторми и производством. Известно, что создавая конструкцию, разработчик не может назначить некоторые параметры, опираясь на знания и методы, которые он применяет. С его точки зрения эти параметры могут принимать любые разумные значения, так как не влияют на технические характеристики изделия. Но для того, чтобы проект был завершен их необходимо определить.
Вот и появляются в конструкции неоправданные и довольно сложные с точки зрения технологии элементы, на которые производство тратит драгоценное время. Ведь конструкторское решение является законом для производства. Исключить подобные затраты помогает либо производственный опыт, либо плотная совместная работа над проектом с технологами, либо система проверки на технологичность.
Поэтому еще одно требование к современным САПР запишем как обеспечение конструктора возможностью проведения анализа на технологичность, в результате чего он сможет принять рациональное техническое решение.
Может ли программное обеспечение сыграть роль такого технологического эксперта и даже наставника, благодаря которому будут приняты рациональные решения и приобретен технологический опыт?
Сегодня это вполне реально. Сразу скажем, что речь идет не о программных продуктах из группы экспертных систем (это отдельная песня), а о виртуальном моделировании процесса изготовления деталей.
Наиболее распространенный технологический метод изготовления деталей в машинострении - металлорежущая обработка: фрезерование, точение, резка и пр.
В основе этих технологических процессов лежат два класса параметров : геометрические и технологические. Если вторая группа важна в первую очередь для технологов и станочников (в основном это режимы резания), то первая группа напрямую тесно связана с конструкцией детали.
Так вот, если в САПР, которым пользуется конструктор, интегрировано программное обеспечение, которое применяет программист ЧПУ, то есть шанс воспользоваться им для анализа технологичности геометрического исполнения детали. Тем более, что виртуальная обработка не требует расходов на заготовки, инструмент и оборудование. Да и сломать чего-нибудь не страшно. Единственное замечание: желательно, чтобы принципы управления конструкторской и технологической частями системы были максимально приближены друг к другу.
Опыт эксплуатации технологической части CAD/CAM системы ADEM в конструкторских бюро свидетельствует об изменении отношения конструкторов к технологическим проблемам. По крайней мере, число переустановок деталей на станке и смен инструмента в результате ощутимо уменьшается. Более того, опыт работы с CAM частью интегрированной системы приводит не только к более технологически грамотному проектированию, но часто и к упрощению конструкторских решений.
Еще один важный элемент включает в себя интегрированный CAD/CAM ADEM - автоматизированную проверку исходной геометрии. Дело в том, чертежи могут являться исходными данными не только для технолога, но и для конструктора. Например, частая задача - создание модели по чертежу, где само собой напрашивается заимствование из чертежа контуров и других плоских объектов для построения объемных тел.
Так вот, автоматизированная проверка геометрии подскажет исполнителю насколько точно выполнены эти элементы. Нужно ли их редактировать или строить заново для создания точной модели. Полезна эта функция и для проверки собственных чертежей.
Можно приводить еще множество аргументов в пользу интегрированных CAD/CAM систем, но самое важное, что эти программные продукты позволяют расширить круг инструментов и методов для решения главной задачи - ускорения конструкторско-технологической подготовки производства.
автор статьи: А. Быков