ADEM. Новая жизнь бумажных чертежей, “слепых” моделей, перфолент
Одной из самых главных ценностей, которыми обладает предприятие - база конструкторских и технологических решений. Новое изделие на пустом месте не рождается. Всегда есть преемственность, заимствование, или как сейчас модно говорить, наследование технических знаний и опыта.
Серьезной проблемой внедрения компьютерных технологий является различие новой и старой форм хранения знаний. Для эффективной обработки информация, содержащаяся в чертежах, должна быть представлена в электронном виде, а если быть точнее – в виде математической модели, с которой может работать программное обеспечение. Рассмотрим, какие возможности есть для решения этой задачи в отечественной интегрированной системе ADEM.
Новая жизнь бумажных чертежей
Задачу перевода чертежных архивов на бумажных носителях в электронный вид нельзя назвать надуманной или маловажной. Действительно, после того, как человек на практике почувствовал достоинства создания и редактирования чертежей в CAD системе, ему уже кажется ненормальным перечерчивать старый чертеж для того, чтобы внести в него незначительные изменения.
Первая основная схема перевода бумажных документов в электронный вид сложилась сразу с появлением сканеров. Она имеет такой вид: сканер — векторизатор — CAD-система.
На первый взгляд, все логично. Присутствующий в схеме векторизатор превращает растровое изображение в векторное, с которым умеет довольно эффективно работать CAD система. Тем самым решается задача последующего внесения изменений.
Но стоит задать вопрос: всегда ли это самый короткий и удобный путь? Чтобы ответить на него, задумаемся: в чем преимущества векторного формата данных перед растровым? Удобство редактирования. Безусловно, это так. Вот только подходит ли это правило к векторизованным чертежам?
Не стоит забывать, что сканирование производится, как правило, со старых, истрепанных по сгибам и не всегда четких "синек". В таких условиях, например, окружность может превратиться в цепочку из 40 полилиний, состоящих в общей сложности из 84 элементов (реальные данные).
Вообще, процесс векторизации это не прямая задача, его результат носит вероятностный характер, поскольку связан с процессом восстановления информации. Иногда проще вручную перечертить чертеж, нежели искать различия и ошибки после векторизации.
Заметим, что на практике кардинальное редактирование архивного чертежа обычно не требуется. Как правило, редактирование ограничивается небольшими фрагментами или надписями. Все это говорит о том, что нет необходимости в обязательном переводе каждого сканированного чертежа в векторный вид. Во многих случаях достаточно иметь его растровую модель.
В системе ADEM, одной из первых, появилось и активно развивается новое понятие — гибридный чертеж. На таком чертеже представлены как растровый, так и векторный типы графики. А в системе реализованы способы активного взаимодействия этих объектов друг с другом и реализованы возможности фильтрации, стирания, преобразования и копирования растровой информации.
Технология довольно простая. Стирайте “ластиком” не нужное и достраивайте обычным векторным способом нужное.
Рис. 1 Сканированный эскиз.
Рис. 2 Внесение изменений
Такой способ работы со сканированными чертежами оказался настолько удобным и надежным, что довольно быстро завоевал предпочтение всем другим подходам.
В целом, перечень основных функций для работы с растровыми объектами выглядит так:
- загрузка растрового файла с
заданным разрешением;
- позиционирование растровой модели в системе координат векторного редактора;
- позиционирование векторных элементов относительно растрового изображения;
- выделение части растровой модели с последующей возможностью ее удаления или
проведения над ней конформных операций (копирование, перенос, поворот,
масштабирование и т.д.);
- сохранение векторной и растровой моделей в качестве единого чертежа;
- вывод чертежа, включающего векторную и растровую модели, на печатающее
устройство.
Сканированный чертеж, дополненный информацией в модуле ADEM Vault, может служить исходной информацией для создания техпроцесса любого типа.
В модуле ADEM CAPP, предназначенном для выпуска
технологической документации, существует возможность использовать любую
геометрическую информацию из модуля ADEM CAD. В том числе и растровую модель.
Отдельные части и элементы растрового чертежа могут быть дополнены векторной
графикой и применяться в маршрутно-технологических или операционных картах как
эскизы.
Редактирование “слепых” моделей
Сегодня одной из самых популярных направлений, в которых соревнуются MCAD системы, является возможность прямого редактирования твердых тел. Преимущество данной технологии состоит в том, что пользователи напрямую манипулируют геометрией независимо от того, когда и как она была создана.
Такая технология в системе ADEM развивается практически с самого начала разработки, так как задача редактирования “чужих” моделей была поставлена как один из наивысших приоритетов для CAD/CAM/CAPP системы конструкторского, технологического и производственного сектора. Тогда же, в начале 90-х, были сформулированы основные принципы решения данной задачи.
Известно, что практически все системы объемного моделирования, в том числе и ADEM, имеют механизм внесения изменений в геометрию твердотельных объектов с использованием истории построения. Изменяя те или иные параметры в дереве построений, можно эффективно получать новую геометрию ранее созданных 3D объектов. Интересно, что плоские CAD системы, в отличие от объемных, как правило, имеют идеологию прямого редактирования.
Несмотря на многие достоинства, метод редактирования через историю имеет существенные недостатки, которые сильно ограничивают область его применения.
Недостаток первый – невозможность внесения изменений, противоречащих исходной логике построений.
В первую очередь это связано с тем, что различные методы построений элементов реализуют построение объектов разных топологий. И изменения параметров в рамках метода не позволяют получать объекты другого вида.
Например, если была построена пирамида, то превратить ее в трубу можно только полной заменой объекта и метода построений. Или, если объект был построен методом “сфера” с параметрами точка центра и радиус, то, как ни крути этими данными, спираль не получишь.
Второй недостаток - результат редактирования получается после регенерации (построения заново) модели согласно измененному дереву, а при редактировании дерева можно непреднамеренно внести изменения, которые сделают модель некорректной. Умение работать с такими ситуациями есть своего рода искусство пользователя, которое требует дополнительной подготовки.
Третий недостаток – невозможно редактирование в отсутствии дерева истории построений или в случае его дефекта.
Потеря истории построений встречается практически во всех случаях обмена файлами между разными системами моделирования. Дело в том, что и методы построений, и их реализация в различных программных продуктах существенно отличаются. Причиной тому - постоянное совершенствование этих методов, в основе которого лежит конкуренция на рынке систем моделирования.
Задача редактирования объектов в отсутствии истории построения крайне актуальна. Особенно это касается производственного сегмента. Не секрет, что получаемые от проектантов модели деталей требуют технологической доработки. В чистом виде, без внесенных изменений изготавливать детали по ним невозможно.
В принципе, одним из решений для производства, работающего с различными заказчиками, является наличие всех видов CAD систем, которые те применяют. Само по себе это довольно дорогое удовольствие, особенно, если учитывать необходимость в подготовленных кадрах и постоянное обновление этих программных средств, дабы правильно интерпретировать входную информацию.
Поэтому, наличие в системе, стоящей на производстве, методов прямого редактирования крайне востребовано.
Несколько слов о самой задаче. В принципе, любая CAD система позволяет вносить изменения в импортированный объект. Например, можно сделать скругление на ребре, можно просверлить отверстие, можно добавить материал и т.п.
Сложность возникает, когда нужно изменить радиус уже существующего скругления, убрать, передвинуть или изменить диаметр отверстия и т.д. Вот с такого рода задачами дело обстоит куда сложнее. С точки зрения истории построения модели данное редактирование относится не к добавлению новых этапов к дереву построений, а к изменению тех, что уже в нем есть. И это при отсутствии самого дерева!
Сразу заметим, что исследования в области автоматического воссоздания дерева построений на основе распознавания геометрических образов – Automatic Feature Recognition (AFR) имеют весьма скромные результаты, которые применимы лишь для узкого класса объектов. Так, например, в системе ADEM данный метод используется при распознавании отверстий для последующей их обработке на станках с ЧПУ или создания техпроцесса обработки отверстий на универсальном оборудовании.
Так как применение метода AFR для редактирования сложных деталей проблематично, в 90-х годах был предложен иной принцип (см. “Применение CAD/CAM ADEM для изделий со сжатым циклом разработки”, “САПР и графика”, N4, 1999). Он получил название – Assigned Feature Representation (AsFR). Суть этого подхода довольно проста.
Поскольку редактирование осуществляет человек, то пусть он сам и определит метод построения выбранного объекта. Ведь ни одна программа пока не умеет распознавать образы лучше человека. Например, если он собирается редактировать отверстие, то пусть он и скажет, что данный объект есть отверстие, а система ему должна предложить инструмент для выполнения процедуры редактирования.
Этот метод позволяет, например, выбрать сферическую область на теле и сказать, что это есть призма. При этом, вместо сферической части появится призматическая, с заданными параметрами. Подобная схема основана на замене одного фрагмента другим.
Рис. 3 Исходная модель
Рис. 4 Внесение изменений прямым редактированием
Кроме процедуры замены, для редактирования твердотельных объектов нужны и другие возможности. Их перечень соответствует стандартному набору операций с самими телами: перенос, поворот, копирование, удаление и т.п. В системе ADEM эти операции, применимые и к фрагментам тел, и составляют основу прямого редактирования.
Новая жизнь "старых" CAM-проектов и разработанных ранее УП.
Как конструкторские, так и технологические подразделения многих предприятий обладают обширной базой созданных ранее проектов. В каких-то случаях это исходные файлы в формате различных "старых" CAM-систем, а чаще просто в виде текстов управляющих программ. Поэтому существует немаловажный участок работы –сопровождение разработанных ранее решений и их подгонка под меняющиеся условия производства.
В случае с текстом УП, задача сопровождения достаточно проста - необходимо преобразовать код конкретной УП в некий промежуточный формат. Если же источником исходной информации является описание обработки на языке CAM-системы, требуется повторить логику работы последней, превращая исходный текст опять же в промежуточный формат, подлежащий редактированию.
Итак, чем же в таких случаях может помочь ADEM? Давайте начнем рассмотрение с наиболее "тяжелого" случая - поддержки отслуживших свое CAM-систем.
Сначала расскажем о преобразовании текстов с описанием обработки созданных в САП "КАТРАН", которая кстати послужила основой для создания САМ-модуля самого АДЕМ-а. В свое время, ее использовали такие гранды российской оборонки как: ОАО "КНААПО" (г. Комсомольск на Амуре), ОАО "МПП им. Чернышева" и РСК МИГ (г. Москва), Завод им. XX партсъезда - ныне ОАО "ВМП"АВИТЕК" (г. Киров), КМПО им. Фрунзе - ныне ОАО "КУЗНЕЦОВ" и многие другие.
Объектно-ориентированный подход описания маршрута на уровне конструктивных элементов и задание геометрии на основе конструкторских чертежей позволил обеспечить 100% перевод всей информации в формат системы ADEM, с формированием полноценного маршрута обработки и геометрических примитивов. Основой для этого послужил специально созданный конвертор. Он обеспечивает преобразование фрезерных 2-5 осевых, токарных, сверлильно-расточных и координатно-пробивных переходов. На рисунке показан пример исходного текста САП "КАТРАН" и результат его преобразования и обработки.
Рис. 5. Пример преобразования файлов САП "КАТРАН" и их обработки в ADEM.
Еще одним распространенными ранее классом САПР можно назвать системы работающие на основе языка APT и его модификаций. Для упрощения работы в них можно было использовать параметрическое программирование и типовые геометрические элементы - отрезок, дуга, окружность и др. Однако, они позволяли работать только на траекторном уровне, требующем описания всех необходимых для обработки перемещений. Как правило, такой подход требовал обязательного ручного создания расчетно-технологических карт (РТК), содержащих данные перемещения и список применяемого инструмента.
Для работы с такими файлами также был разработан транслятор, преобразующий перемещения и технологические команды, написанные на языке APT. Правда, в силу ограничений накладываемых работой на уровне траекторий, у нас он превращался в элемент самого низшего уровня "Ручной ввод", состоящий из аналогичного набора перемещений и команд, но уже понятных модулю ADEM CAM. После чего можно редактировать тип оборудования, сами перемещения, режимы обработки и прочее, но уже в универсальном формате, который не привязан к типу системы ЧПУ. А используя постпроцессоры ADEM-a формировать новый вариант управляющей программы.
На рисунке 5 показан фрагмент APT-файла, РТК детали и результат ее обработки после преобразования.
Заметим, вся геометрическая информация, содержащаяся в объекте "Ручной ввод" может быть превращена в геометрические примитивы модуля ADEM CAD и использована в дальнейшем по усмотрению пользователя, например, для оформления РТК.
Рис. 6. Пример РТК, фрагмент APT-файла и деталь обработанная в ADEM.
Далее рассмотрим случай, когда в наличии имеется только текст УП. И тут уже не столь важно, как и кем созданы сами программы, вручную, с использование "старых" или современных CAD/CAM систем, - управляющая программа часто остается единственным «эталоном», обеспечивающим воспроизводство детали на станке.
А может быть CAD/CAM системы в принципе не обязаны решать задачи подобного класса? Ответ может быть один - имея CAD/CAM систему все изменения, предпочтительнее вносить в «источник», получая 100% готовую УП на выходе, тем самым переведя эталон на уровень CAD/CAM. Однако, в реальности, достигнуть этого удается не часто, и, следовательно, требуются средства, позволяющие делать изменения непосредственно в тексте самой управляющей программы. Конечно же это вносит разрыв в единую, сквозную цепочку «проектирование-изготовление», разрушая сам процесс, но что поделать – такова жизнь.
Для выполнения такой еще более «низкоуровневой» доводки управляющих программ в ADEM были реализованы две возможности:
- Встроенный репостпроцессор;
- Внешний редактор ADEM NC-Editor.
Репостпроцессор - это приложение, написанное на внутреннем API системы ADEM. Оно позволяет самостоятельно создавать правила преобразования УП любых форматов для токарной и фрезерной 2-3х осевой обработки и на их основе превращать УП в упомянутый выше объект - "Ручной ввод".
И наконец редактор ADEM NC-Editor. Помимо стандартных возможностей для работы с текстом УП, таких как: вставки/удаления комментариев, вставки текущей даты и времени, ренумерации кадров управляющей программы, удаления лишних пробелов и прочего, модуль поддерживает более «экзотические» функции:
Смещение точки привязки управляющей программы;
Поворот траектории на заданный угол в одной из 3-х плоскостей.
Отражение относительно заданной оси;
Масштабирование траектории по осям;
Преобразование УП, написанных в приращениях, в абсолютную систему координат и наоборот;
Перекодировки текста УП в форматы ISO и ACSII;
Геометрический калькулятор;
и др.
Рис. 7. Редактор управляющих программ ADEM NC-Editor.
Для более экономной печати управляющих программ в модуле реализован режим многоколоночной печати с переменным числом колонок. Данные об инструменте, заготовке и прижимах, необходимые для корректной работы режимов симуляции и просмотра эквидистанты, можно получить из системы ADEM, из комментариев к управляющей программе, задать их вручную или загрузить из библиотеки.
Таким образом, ADEM имеет возможности по реновации бумажной документации, чертежей, перфолент для ЧПУ, старых 2D-3D математических моделей. Используя эти специальные средства можно обеспечить новую жизнь накопленным знаниям, они становятся доступными для редактирования и дальнейших модификаций.