ADEM. История достижения цели
А. Быков
ADEM - интегрированная CAD/CAM/CAPP/PDM система содержит средства автоматизации для различных видов инженерной деятельности, оперативное взаимодействие которых является ключом к рентабельному производству. Статья посвящена краткой ретроспективе развития продукта и взаимному влиянию рынка, технологий и задач автоматизации.
Обычно понимание главной цели происходит не сразу, а в результате кропотливой работы, которая может занимать годы. Даже если задача сформулирована правильно, то для ее решения необходимы ресурсы и инструменты, которых может и не существовать на данный момент времени. Когда задача решена, то оказывается, что это лишь еще один шаг на пути к главной цели.
Ступень первая - автоматизация черчения и оформления КД.
Творческая работа конструктора сопровождается рутиной по оформлению идей в виде конструкторской документации в соответствии со стандартами и нормами. Поэтому первым естественным желанием является потребность в автоматизации, основанной на стандартизации и унификации графических исполнений. Рамки и штампы, типовые надписи и обозначения, стандартные и часто применяемые фрагменты чертежей - все это может быть занесено в базу данных компьютера. Кстати, до эпохи компьютеризации черчения, некоторые предприятия создавали подобные библиотеки в бумажном виде. Из этих бумажек с помощью ножниц и клея конструктор мог быстро оформлять чертеж.
Появление электронных кульманов упростило и расширило возможности по созданию библиотек. Возможность иметь общие и собственные архивы, плюс отсутствие ограничений на копирование и плюс еще автоматизация некоторых рутинных процессов (штрихование, масштабирование, позиционирование и т.п.) все это мгновенно было оценено конструкторами.
Бурное развитие “плоских чертилок ”, как иногда называют 2D-системы, пришлось на период 1985-90 годов. В 1987 году нашей компанией была выпущена первая версия системы CherryCAD (черри – аббревиатура слов чертить, рисовать), главным отличием которой был иконный интерфейс, устранявший необходимость длительной подготовки пользователей.
Многие уникальные черты CherryCAD были позже воплощены и в других программных продуктах. Система оказалась настолько удачной, что стала лидером по продажам в СССР среди всех отечественных и зарубежных CAD систем.
Ступень вторая - выход на зарубежный рынок или первые сомнения.
Успехи на отечественном рынке привели к вполне понятному желанию выйти за рубеж.
Для его реализации CherryCAD стала многоязычной, благодаря иконному интерфейсу это несложно сделать, и была укомплектована в соответствии с нашими представлениями о требованиях западного рынка. Добавились стандарты ANSI и ISO и еще ряд необходимых элементов в программном обеспечении. После проведения большой организационной работы в нескольких странах и наша делегация отправилась на "завоевание" западного мира машиностроения.
Главное, что мы поняли во время этого вояжа, это то, что предприятия там настроены на производство, а не на выпуск документации. Их практически не волнуют вопросы скоростного черчения и оформления. Их главная цель - производить материальные продукты. И CAD системы применяются в основном для подготовки производства в качестве систем моделирования. Даже плоский AutoCAD в первую очередь играет роль моделирующей системы, а не оформительской.
В подавляющем большинстве случаев нам отвечали, что автоматизация выпуска КД имеет очень низкий приоритет для предприятия, а вот подготовка производства на базе компьютерного моделирования - вопрос ключевой. Без него выпуск современной конкурентоспособной продукции немыслим.
Тут вспомнили мы и наших заводчан. Вспомнили и то, какими странными казались их проблемы на фоне всеобщей компьютеризации черчения. Появились первые сомнения в правильной трактовке выражения "Автоматизация Проектирования".
В течение двух лет работы на западном рынке мы составили перечень из более 500 пожеланий различных предприятий из разных стран. Из них лишь незначительная часть относилась к автоматизации черчения и оформлению КД.
Можно было конечно махнуть на запад рукой и сосредоточиться на отечественном потребителе. Но при тщательном анализе мы пришли к выводу, который окончательно изменил нашу точку зрения на автоматизацию. Ни в одном из рассмотренных случаев оснащения предприятий средствами компьютеризации черчения и выпуска КД не наблюдалось заметного сокращения сроков выпуска изделия.
Ступень третья - интегрированный CAD/CAM
Таким образом, в круг наших интересов попало не только в КБ, но и технологи и производство. Основной целью стало создание продукта для сокращения сроков процесса конструкторско-технологической подготовки. Этот продукт должен был включать в себя конструкторские и технологические средства автоматизации и, самое главное, обеспечивать сквозной поток информации от идеи до станка.
Менять направление разработок всегда болезненно. Можно, конечно, пойти другим путем. Найти разработчиков, которые специализируются в технологии, и вместе с ними вести совместную рекламную компанию, делая вид, что представляешь комплексное решение. Но у нас был эталон, обойти который подобным образом было просто невозможно - западный рынок.
Примерно в тоже время в Ижевске, мощном машиностроительном мегаполисе, была создана одна из лучших систем в области плоской механообработки – САП ЧПУ «КАТРАН». Прогрессивным элементами в этой системе были: возможность описания обработки на уровне маршрута, разнообразие способов задания геометрии и параметризация.
Для совместного применения CherryCAD и Катран на ряде предприятий был уже разработан прямой интерфейса между ними. Но это было лишь самое начало интеграции.
Объединение двух компаний в одну позволило сконцентрировать ресурсы на главном направлении развития и уже через два года выпустить интегрированную CAD/CAM систему под названием ADEM (аббревиатура англ. Automated Design Engineering Manufacturing)
Рис. 1 Интегрированный 2D CAD/CAM ADEM v.2 1994 год
Вначале был создан плоский вариант, позволявший строить плоские модели и получать по ним программы для ЧПУ, а также оформлять КД. При этом обеспечивалась полная ассоциативность геометрии и технологии. Это был первый шаг, но шаг важнейший, так как он подтвердил правильность выбранного направления разработок, дал нам ключ к производству и открыл продукту путь на западный рынок.
Ступень четвертая - объемное моделирование
Если в восьмидесятых потребность в объемном (3D) моделировании в России испытывали пожалуй только авиационные и автомобилестроительные предприятия, то в девяностых в нем уже нуждались почти все.
Мы вели разработку модуля объемного моделирования с самого начала создания системы. Первый ADEM 3D был полностью написан на собственном ядре. Версия начала девяностых позволяла строить твердотельные модели и сборки и по моделям получать управляющие программы.
Рис. 2 Объемное моделирование на собственном ядре в ADEM v.3 1996 год
И вот уже, казалось бы, мы имеем интегрированный объемный CAD/CAM, но как только дело дошло до практического применения, так сразу померкли все разноцветные объемные сборки и детали. Когда дело касалось моделирования реальных деталей для производства, то очень часто мы сталкивались с ограничениями методов моделирования.
Тогда мы упустили самое важное в объемном моделировании – практическую ориентацию. Мы увлеклись эффектными сборками, пригодными для общего представления структуры изделия и не сразу поняли что главная проблема кроется, как всегда, в деталях.
Рис. 3 “Проблема кроется, как всегда, в деталях”
Главный эффект достигается при использовании объемного моделирования в качестве инструмента создания технологичных моделей для последующей механообработки. Эта маленькая добавка - "технологичных" и определила последующее направление разработок.
Основные исследования были сосредоточены на отечественных и зарубежных производствах оснастки, инструмента, штампов и прессформ. Именно они являются главными потребителями объемных моделей и доведения их до технологичного уровня. Их красивыми картинками не возьмешь. Они знают реальную цену моделированию.
Другой важнейшей задачей стало обеспечение "всеядности" системы. Возможности принимать модели из других систем и обеспечивать корректную работу с ними наши зарубежные партнеры ставили самый высокий приоритет.
В связи с этим было принято решение взять в качестве основного ядра для 3D моделирования библиотеки ACIS (Spatial Technology), добавив к нему собственную часть для дополнительной функциональности.
Ступень пятая - единое 2D/3D пространство
При детальном изучении вопроса стало очевидным, что для реального производства одних твердотельных методов недостаточно. Нужно еще предоставить возможности ведения локального редактирования методами поверхностного моделирования. То есть должно быть реализовано гибридное объемное моделирование.
Более того, у конструкторов все чаще и чаще появляются задачи, которые можно решить только с помощью объемного моделирования, а это значит, что в его чертежной части необходимы 3D средства. С другой стороны, для объемного моделирования нужна плоская подсистема типа "скетчер" для создания базовых профилей, которая является упрощенной разновидностью системы плоского моделирования.
В результате сформировались требования к единому 2D/3D пространству, в котором бы проектировщики и конструкторы всех уровней чувствовали себя одинаково комфортно, решая разнородные задачи. Просто черчение, моделирование, черчение с использованием модели, моделирование с использованием чертежа все должно происходить в одном пространстве с единой логикой и одинаково доступными средствами.
Первым шагом стала шестая версия ADEM. Система перешла из категории легких в категорию средних, более того, в ADEM стали просматриваться черты, присущие системам высокого уровня.
Гибридное 3D моделирование в шестой версии было частично ограничено по той причине, что сведение воедино методов твердотельного и поверхностного моделирования еще требовало дополнительных исследований. Так, например параметрическое дерево проекта, столь органичное для твердотельного метода, было довольно непросто приспособить к локальным операциям.
Рис. 4 Интегрированный 2D/3D/CAD/CAM ADEM V.7 2002 год
Задача сведения воедино разнородных плоских и объемных методов проектирования была решена в последующей, седьмой версии. В результате появился универсальный и довольно компактный инструмент для конструкторов и технологов с широким спектром применения.
Параллельно с развитием методов геометрического моделирования в системе ADEM продолжалось бурное развитие средств программирования станков с ЧПУ. В этом вопросе главными законодателями моды выступали наши западноевропейские партнеры. Это касалось всех аспектов обработки: фрезерных, электроэрозионных, токарных и других. Особое внимание уделялось объемному (3x - 5x) фрезерованию и комбинированной токарной обработке.
ADEM A7 - с таким названием система вышла на отечественный и зарубежный рынки как единое 2D/3D/CAD/CAM пространство. Версия получила довольно высокую оценку у наших партнеров. Возможность свободно маневрировать в пространстве методов понравилась всем.
Ступень шестая - единое конструкторско-технологическое пространство
Итак, ADEM - интегрированная CAD/CAM система, позволяющая проектировать, конструировать и программировать ЧПУ в единой информационной среде, в значительной мере сокращает время подготовки производства там, где процессы в цеху могут быть автоматизированы.
А что делать там, где используется универсальное оборудование или в сборочных цехах? Как подключить их к единому информационному пространству?
Начиная с первых версий, система комплектовалась модулем для выпуска технологической документации - ADEM TDM. Работая в единой среде с чертежной конструкторской частью, TDM позволяет быстро и эффективно оформлять карты техпроцессов и другую техдокументацию с включением эскизов и фрагментов чертежей.
Со временем TDM расширил свои возможности и стал выполнять функции системы управления и планирования процессов. В новейших версиях TDM кардинально меняет свое положение в структуре системы. Теперь он становится основой управления всей технологической частью, независимо от видов оборудования и способов производства.
Новая версия ADEM позволяет 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.
Рис. 5 Проектирование производственных процессов в интегрированном CAD/CAM/CAPP ADEM v.8 2004 год
Работа в едином конструкторско-технологическом пространстве требует и особых правил взаимодействия между пользователями. И в данной ситуации не обойтись без систем управления проектными данными.
Эту задачу решает модуль Vault системы ADEM V8, который можно отнести к классу компактных PDM-систем. Авторизованный доступ к хранилищу, защита документов от несанкционированного доступа, обеспечение коллективной работы с документами, сопровождение версий документов - это далеко неполный список возможностей системы управления ADEM.
Теперь "транспортные" потоки, будь то скоростные магистрали к ЧПУ, или классические пути движения КД и ТД, могут быть завязаны в общую схему и существовать в едином пространстве.
Ступень седьмая – единство методов подготовки производства и технических кадров
К задаче сокращения сроков конструкторско-технологической подготовки производства сегодня добавился еще один аспект – стало необходимо учитывать дефицит квалифицированных кадров. И это не только субъективная тенденция российской экономики – процесс этот характерен для большинства стран.
Благодаря внутренней интеграции от первого эскиза до выпуска детали на станке система ADEM является серьезным инструментом для подготовки технических кадров. В содружестве с производителями малогабаритного оборудования осуществляются поставки учебных комплексов с настольными станками с ЧПУ. Их можно назвать КБ и цех на письменном столе.
Таким образом, ADEM позволяет проводить сквозной курс подготовки специалистов в области автоматизации машиностроительных и металлообрабатывающих производств, без вынужденного разделения единого процесса на отдельные фрагменты. Это благоприятно и для взаимозаменяемости кадров, так как будущие инженеры получают практическое представление о всем цикле КТПП.
Ступень восьмая – портал для систем управления предприятием и производством
Из глубокой интеграции инструментов для конструкторов, технологов и программистов ЧПУ системы ADEM родилась и следующая важная возможность.
В процессе подготовки моделей, чертежей, техпроцессов и программ в системе ADEM происходит генерация важнейших данных, которые нужны не только конструкторам и технологам, но и другим специалистам, например для задач управления предприятием и производством. Используя эти данные, можно очень точно, без гадания на кофейной гуще, планировать и прогнозировать финансово экономические аспекты инженерно-технической и производственной деятельности предприятия.
Простой пример. Точное время обработки детали на станке, получаемое при разработке программы ЧПУ в ADEM CAM, является достоверной и ценнейшей информацией для расчета себестоимости изделия и планирования потребности в инструменте.
При технологическом проектировании в ADEM: разработке техпроцессов, управляющих программ, специальной технологической оснастки, технологических нормативов трудоемкости, норм расхода материалов и др. происходит синтез большего спектра объективных данных для систем управления (ERP).
Более того, используя специализированный модуль «Нормирование и технологические расчеты» (ADEM NTR), можно быстро и эффективно определить нормы подготовительно-заключительного времени, неполного штучного времени и более точно рассчитать норму штучного времени на изготовление детали или изделия.
Рис. 6 Подготовка данных для ERP в ADEM v.9 2011 год
На базе
этих данных ERP-системы могут формировать
документы, сопровождающие партии, управлять закупками основных и
вспомогательных материалов, контролировать межоперационные и межцеховые
движения деталей и агрегатов в производстве, регистрировать перемещения и
исполнение операций, и осуществлять прочие управленческие функции.
Самое ценное состоит в том, что ADEM предоставляет все эти данные по заданной спецификации из единого портала и без дополнительных затрат на сбор и переработку столь разнообразной и, как правило, распределенной по исполнителям информации.
Таким образом, ликвидируется информационный разрыв между инженерно-техническими и управленческими звеньями предприятия.
Итоги.
Самое важное это то, что на сегодняшний момент в ADEM-VX интегрированы все основные средства автоматизации от простого черчения и оформления документации до глубокой технологической проработки и программирования оборудования с ЧПУ.
В принципе, выполнять все виды работ, используя ADEM-VX, может и один человек. Кстати это не абстрактное размышление, есть множество примеров внедрения системы на малых предприятиях, где все эти функции конструирования, моделирования, контроля, программирования ЧПУ и выпуска документов совершает один сотрудник.
Для средних и крупных предприятий ADEM-VX создает возможность работы над проектом в очень тесной связке специалистов друг с другом. Тем самым создается эффект виртуального единства всего коллектива, схожий с тем, что совершал техническую революцию на заре развития промышленности в старых ремонтных мастерских.
Итак, напомним структуру системы ADEM-VX (см. рис). Проект осуществляет свое движение от сборки к детали, далее к техпроцессу и к программированию станков. Все это сопровождается выпуском документов: спецификаций, чертежей, карт, ведомостей, программ и других.
За автоматизацию этих процедур соответственно отвечают основные модули ADEM-VX: Assembly, CAD, CAPP, CAM.
Специализированные модули NTR, Nesting, Raster, CAM Expert, i-Ris, Verify расширяют возможности системы в смежных областях и сопутствующих задачах. Так, например ADEM-NTR автоматизирует вопросы трудового нормирования.
Задачи раскроя и оптимальной раскладки деталей на листе решает модуль ADEM Nesting, работы со сканированными чертежами - ADEM Raster. Справочные данные предоставляет система ADEM i-Ris. ADEM-Verify помогает контролировать процесс механообработки до выхода на станок.
Дополняет функциональность системы новейшая разработка - модуль ADEM CAM Expert, в который производит технологический анализ объемной модели, автоматическое распознавание конструктивных элементов и задание маршрута обработки детали.
Рис. 7 Автоматическое распознавание конструктивных технологических элементов в ADEM 2013 года
Доступ к документам их архивацию и автоматизацию работы с документом (постановку задач и др.) на уровне конструкторских и технологических отделов обеспечивает модуль ADEM PDM.
Рис. 8 Укрупненная структура ADEM 2013 года
Кроме сквозного потока информации каждый модуль системы ADEM-VX имеет возможности импорта сторонних данных. Так, например CAD импортирует модели напрямую из других систем, а также посредством стандартов SAT, STEP, IGES и т.п., чертежи через DXF, DWG, а сканированные чертежи через растровые форматы TIFF, PCX, JPEG и другие.
Модуль CAPP может черпать данные из сторонних баз данных по технологиям, материалам, инструменту и др. Модуль CAM может импортировать ранее созданные УП для их доработки и реновации под новое оборудование.
Эта сквозная система импорта данных позволяет подключать систему ADEM-VX к уже сложившемуся процессу автоматизации предприятия на любой стадии конструкторско-технологической подготовки. На практике можно встретить множество случаев применения ADEM в связке с другими программными продуктами, начиная от легких CAD до Hi End систем высокого уровня.
Итак, мы постарались дать краткий обзор развития отечественной системы ADEM за последние 25 лет. Постоянно совершенствуясь, продукт прошел тернистый путь от простой чертилки до мощного программного комплекса, решающего самые современные и наукоемкие задачи.
При этом основная цель разработчиков не менялась – автоматизация конструкторско-технологической подготовки машиностроительных и металлообрабатывающих предприятий. Но впереди еще не один шаг к достижению цели!