Ступени интеграции ADEM

В этой статье рассматривается внутренняя интеграция различных методов и моделей в отечественной CAD/CAM/CAPP системе ADEM, предназначенных для решения конструкторско-технологических и производственных задач.

В публикациях о современных системах проектирования мы часто встречаем упоминание об их интеграции; многие разработчики даже используют этот термин в названии программных продуктов, стараясь подчеркнуть их интегрированную природу. Но возникает вопрос: насколько глубока степень интеграции? Другими словами, насколько длинную цепочку элементов конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) можно выполнить в рамках единой системы проектирования?

Здесь необходимо сказать несколько слов о важнейшем преимуществе интегрированных систем: в отличие от варианта использования отдельно стоящих систем типа А — для конструкторов, В — для технологов, С — для программистов ЧПУ и т.д., интегрированная система типа АВС позволяет исключить все проблемы, которые могут возникнуть при обмене данными между А,В и С. А как показывает практика, на решение этих проблем уходит существенная доля времени КТПП и именно здесь возникает большая часть ошибок.

Итак, если говорить об автоматизации КТПП, то можно сказать, что для успешной работы системы проектирования она должна обеспечивать глубокую внутреннюю интеграцию модулей, входящих в ее состав. Ступени интеграции можно определить как:

• Интеграция методов конструирования;
• Интеграция конструирования и технологии;
• Интеграция методов проектирования технологии;
• Интеграция проектирования и контроля.

Не вдаваясь в подробности функциональности, посмотрим, как обстоят дела с внутренней интеграцией в отечественной интегрированной CAD/CAM/CAPP системе ADEM.

Ступень первая — Интеграция методов конструирования.

• совмещение методов растровой и векторной обработки документов;
• совмещение методов плоского и объемного моделирования;
• совмещение методов объемного твердотельного и поверхностного моделирования.

Переход от бумажных документов к электронным — один из важнейших шагов внедрения САПР на предприятии. Перевод бумажных документов в современную векторную форму представления информации — процесс трудоемкий: восстановление данных — процесс сам по себе нетривиальный, так еще и качество бумажных носителей оставляет желать лучшего. Наиболее разумной формой преобразования бумажных данных в электронные архивы является растровое редактирование и векторное дополнение сканированных бумажных документов. Данный метод называется «гибридная растрово-векторная обработка» — промежуточная стадия компьютеризации проектно-конструкторских работ. В системе ADEM реализованы возможности фильтрации, стирания, преобразования и копирования растровой информации. А для векторного дополнения или замены доступна вся функциональность плоского черчения и оформления документации.

Очевидно, что созданные подобным образом электронные документы могут служить своего рода компактным вариантом информационной базы данных для КТПП. К сожалению, для ускорения самого КТТП этого недостаточно.

В основе автоматизации КТПП сегодня лежит метод математического моделирования разрабатываемых объектов. Самый простой вариант — плоское моделирование: обычное черчение, но с точностью, недоступной традиционным методам. Модель в этом случае описывается знакомыми всем видами, сечениями и разрезами, которые предписывает проекционное черчение.

Система ADEM давно известна как одна из самых эффективных систем для автоматизации черчения и оформления КД. При этом аппарат плоского моделирования в ADEM имеет ряд возможностей, которые можно назвать уникальными. Так, например, конструктор может работать с плоскими объектами точно также как с твердыми телами, используя аппарат логических операций сложения, вычитания, пересечения. Эффективные алгоритмы параметризации позволяют создавать модели как с номинальными размерами, так и с учетом допуска на размер, что очень важно для последующего использования моделей в технологии. Автоматический контроль геометрии позволяет избегать многих ошибок, свойственных плоским задачам.

Более высокий уровень моделирования — объемное, которое позволяет описывать объекты в трехмерном пространстве, лишено необходимой условности представления одного объекта несколькими видами.

Следует заметить, что плоские и объемные модели находят свое применение в зависимости от типа задачи. Для того чтобы пользователь чувствовал себя в равной степени комфортно при решении задач разной размерности, в системе ADEM функции плоского и объемного моделирования интегрированы. Иными словами, пользователь не чувствует никакой разницы от того, какой тип моделирования он выбрал для решения задачи и может в любой момент продолжить данную работу в любой пространственной размерности. Что касается оформления конструкторской документации, то система ADEM одинаково эффективно поддерживает и плоское черчение, и получение чертежей по объемным моделям, и комбинацию этих методов.

Напомним, что в системе ADEM реализовано так называемое гибридное моделирование. Оно состоит из методов твердотельного моделирования, эффективно работающих для проектирования изделий машиностроения, и методов поверхностного моделирования, которые необходимы при создании изделий со сложными поверхностями, технологической оснастки высокого уровня и т.п.

Самое важное, что оба этих подхода в ADEM органически интегрированы в единую методику работы. Границы между ними практически стерты, что позволяет использовать весь инструментарий как единое целое для обоих способов моделирования.

Такое сочетание подходов позволяет работать не только над собственными проектами, но и методами прямого редактирования изменять импортированные. А это очень важно для минимизации затрат на автоматизацию.

Еще одна разновидность объемного представления изделий — триангуляционные модели, получаемые после объемного сканирования. Такие объекты также можно использовать в системе ADEM, в том числе и для последующей обработки на оборудовании с ЧПУ.

Итак, конструкторское пространство системы ADEM — это единая среда, включающая в себя весь спектр объектов: от сканированных чертежей до 3D моделей, на основе которых можно проектировать технологические процессы и создавать УП для оборудования с ЧПУ.

Ступень вторая — Интеграция конструирования и технологии.

Значение этой ступени становится заметным в первую очередь при обработке на станках с числовым программным управлением. Заметим, что приведённые ниже задачи практически невозможно решить, применяя различные — пусть и крайне функциональные — системы.

Когда этап конструирования завершен — за дело берутся технологи. Прежде чем приступить к проектированию маршрута обработки технологу следует проверить соответствие размеров, указанных на чертеже/модели изделия, фактическим размерам спроектированной модели. От этого будет зависеть точность получаемой детали. Специальная функция контроля геометрии, используемая в ADEM, позволяет практически мгновенно выявить проблемные места и откорректировать их либо вручную, либо используя механизм параметризации. Это механизм позволяет проанализировать геометрию эскиза и автоматически перестроить его в соответствии с заданными размерами, превращая тем самым эскиз в точный конструкторский чертеж. Как было сказано выше, параллельно выполняется автоматический пересчет геометрии на середину поля допуска, что избавляет технолога от множества рутинных перестроений.

Но основное преимущество второй ступени интеграции в CAD/CAM системе проявляется после того, как УП получена и изготовлена тестовая деталь. Изменения в конструкции детали могут возникнуть как на этапе опытного производства, так и при модернизации существующего изделия. В подобной ситуации в случае отдельной CAM-системы маршрут обработки придется перестраивать практически заново, либо, изначально поделив его на отдельные фрагменты, пересобирать из кусочков (фрагментов обработки). ADEM позволяет избавиться от этого трудоемкого процесса, поскольку технологическая часть системы постоянно наблюдает за действиями конструктора и оперативно вносит изменения в маршрут. Таким образом после изменения конструкции технологу-программисту, работающему в ADEM, достаточно просто выполнить регенерацию УП, которая коснется только тех переходов, геометрия которых претерпела изменения. Подобный объектно-ориентированный подход к созданию маршрута обработки не только упрощает создание и отладку УП, но и значительно экономит время переподготовки.

Ступень третья — Интеграция технологии.

На сегодняшний день существует четкое разделение между системами проектирования техпроцессов для универсального оборудования и системами подготовки УП для программного оборудования. Подобное исторически сложившееся разделение совершенно нелогично. В идеале объектом проектирования технологии должен быть техпроцесс изготовления изделия, включающий в себя различные операции, в том числе и программные. Такая трактовка дается в ЕСТП, поэтому разделение технологических систем только нарушает логику проектирования. В то же самое время даже программные операции должны содержать установочные, контрольные и другие вспомогательные переходы. Но существующие CAM-системы, озаботившись непосредственно выпуском УП, совершенно упускают из виду место операций с ЧПУ в едином технологическом цикле.

CAD/CAM система ADEM выгодно отличается от указанных CAM-систем, поскольку ADEM перешел на следующую ступень интеграции — проектирование единого сквозного технологического процесса обработки изделия.

Проектирование технологического процесса ведется с использованием специализированных рабочих мест, позволяющих группе специалистов работать над одним техпроцессом одновременно. Если ведущий инженер-технолог решает выполнить определенные этапы обработки на станке с ЧПУ, то в состав техпроцесса включается необходимое количество программных операций. Технологи, отвечающие за создание универсальных операций, оформляют свою часть, а технологи-программисты могут приступать к созданию УП. При этом им доступны общие базы данных по инструменту, приспособлениям и любая другая нормативно-справочная информация.

Вся информация, заданная в программной операции, становится доступной в общем техпроцессе, особенно это касается режимов резания, что в свою очередь обеспечивает более точное, почти прецизионное нормирование техпроцесса. А для программных операций становится возможным автоматическое получение карт наладки и других необходимых документов вместе с управляющей программой.

К тому же интеграция конструкторского и технологического модулей ADEM существенно упрощает проектирование технологических процессов для универсального оборудования. В первую очередь это касается использования возможностей конструкторского модуля для создания операционных эскизов и выходных карт техпроцесса. ADEM в этом плане является полной системой, так как для проектирования и выпуска технологической документации не требуется никакого дополнительного ПО.

Ступень четвертая — интеграция проектирования и контроля.

Контроль качества продукции и проверка его соответствия технической документации — одни из самых приоритетных задач на производстве.

Измерительные головки — это одно из самых известных технических средств автоматизации для программирования контрольно-измерительных операций на станках с программным управлением. Как правило подобное оборудование содержит встроенные в системы ЧПУ макросы, обеспечивающие работу с измерительными щупами. Благодаря им оператор станка в диалоговом режиме может выполнять различные действия: осуществлять привязку инструмента, ноля детали, проводить измерения по завершении любого из этапов обработки и т.д. Однако ручной режим работы обладает одним существенным недостатком — на самостоятельное измерение даже одной простой детали оператор затрачивает слишком много времени. Если же речь идет о большом количестве замеров, то затрачиваемое время увеличивается катастрофически. Это связано с двумя факторами: во-первых, каждый цикл измерений оператор вынужден выполнять отдельно, во-вторых, набор стандартных циклов измерений, реализованный в стойке, все же ограничен.

Совмещая современные виды обработки, присутствующие в системе, и средства контроля точности их выполнения, ADEM позволяет задействовать практически все 100% возможностей системы ЧПУ и станка. Анализ проведенных работ показывает, что реализованный механизм с успехом может применяться как для работы с измерительными головками станков, так и для управления контрольно-измерительными машинами.

Резюмируя вышеизложенное:

• Если дать краткую характеристику системы ADEM, то можно сказать, что это универсальный программный продукт, включающий в себя возможности нескольких различных предметно-ориентированных САПР под единой логикой управления и на единой информационной базе, гарантирующей однозначное представление разнородных объектов. Уже только за счет этого интегрированная система ADEM позволяет экономить ресурсы на внедрение, подготовку специалистов и поддержку автоматизации КТПП.
• Исключение разрыва информационных потоков между конструктором и технологом обеспечивает максимально короткие сроки КТПП.
• По уровню внутренней интеграции модулей, входящих в состав системы, ADEM на сегодняшний момент обеспечивает максимально число этапов конструкторско-технологической подготовки производства. А функциональные возможности системы позволяют осуществить сквозной цикл проектирования — от формирования облика изделия до его материального воплощения.