Обзор CAdCAM систем САПР

Интеграция (лат. integratio — восстановление, восполнение, от integer — целый), 1) понятие, означающее состояние связанности отдельно дифференцированных частей и функций системы, организма в целое, а также процесс, ведущий к такому состоянию; 2) процесс сближения и связи наук, происходящий наряду с процессами их дифференциации.

Обычно CAD- и CAM-системы являются специализированными программными продуктами для решения локальных  задач: черчения, моделирования, написания  техпроцессов, программирования ЧПУ  и т.п. Каждая из таких систем может  быть сверхэффективной в своей области, но когда возникает вопрос о подготовке производства в целом, то его можно  решить, только интегрировав весь научно-технический  потенциал в единый механизм. И  при этом выясняется, что локальные  преимущества вовсе не гарантируют  общей эффективности.

Кроме проблемы обмена данными  между разнородными программными продуктами с различными внутренними представлениями  информации, есть и более серьезное  препятствие на пути достижения цели. Оказывается, что для эффективного решения комплексной задачи идеология  программных компонентов системы  должна иметь серьезные отличия  от той, что применяется в отдельных  продуктах для решения частных  задач.

Программные продукты, предназначенные  для комплексной автоматизации  подготовки производства, называются интегрированными CAD/CAM-системами и, как правило, предоставляют пользователю единое проектно-конструкторско-технологическое  пространство. Входящие в них компоненты сделаны, подобраны и притерты таким  образом, чтобы обеспечить сквозные процессы проектирования с максимальной эффективностью. Если рассматривать  интегрированный CAD/CAM-продукт, то прежде всего следует обратить внимание на возможности совмещения плоского и объемного моделирования с системой технологической подготовки производства.

Система ADEM была изначально ориентирована на подобную организацию  работы, однако сложившаяся структура  имела ряд особенностей. Система  логически разделена на три основных модуля: ADEM-CAD, ADEM-CAM и ADEM-TDM, которые появились в системе практически одновременно, в начале 90-х годов. Если никаких вопросов относительно первых двух модулей в то время не возникало, то название ADEM-TDM было еще новым, хотя назначение модуля было известно многим — это выпуск технической документации. Работая в единой среде с чертежно-графической частью, TDM позволяет быстро и эффективно оформлять конструкторскую спецификацию, карты техпроцесса с операционными эскизами для любого вида производства (механообработка, сборка, сварка и пр.) и всевозможные ведомости и документы, сопутствующие всему процессу проектирования.

Несмотря на то что все модули работали на единой базе данных и были достаточно тесно связаны между собой, развитие гибридного объемного моделирования и расширение возможностей технологической части системы заставило нас переосмыслить степень интеграции и общую организацию системы.

Во-первых, опыт работы в  едином 2D/3D-пространстве проектирования в версиях 6 и 7 позволил сформулировать круг задач и понять возможности, которые открываются перед технологами — пользователями САМ-части системы ADEM. Теперь для разработки ЧПУ-программ возможно использовать в одном проекте всё многообразие геометрических элементов: тел, граней, ребер и плоских элементов (рис. 1).

Принципиально новые возможности  работы с геометрией стали реальностью  с появлением твердотельных моделей. На их основе можно получать данные о топологии детали и автоматически  определять такие технологические  параметры, как глубина обрабатываемого  элемента, угол наклона стенки, тип  отверстия и др. Таким образом, система стала более интеллектуальной и способной самостоятельно определять часть параметров.

Во-вторых, TDM со временем расширил свои возможности и стал выполнять  функции системы управления и  планирования производственных процессов, что послужило основой для  создания новой версии CAD/CAM/CAPP-системы ADEM — версии 8.0, которая позволяет  не только автоматизировать, но и координировать весь процесс подготовки производства — от проектирования и конструирования  до выхода готовых изделий. Поэтому  в определении ADEM в качестве интегрированной  системы добавилась и третья важная составляющая — CAPP, что означает автоматизированное планирование (проектирование) производственных процессов.

В новой версии TDM изменит  свое положение в структуре системы: теперь он станет основой управления всей технологической частью независимо от видов оборудования и способов производства.

Идея единого пользовательского  интерфейса (рис. 2) наиболее полно решена при проектировании технологических процессов. Особенностью интерфейса является единое технологическое пространство, под которым понимается единый технологический процесс, включающий программные операции для станков с ЧПУ, операции на универсальное оборудование и вспомогательные операции. Иными словами, в одном пространстве объединяются работа технолога и работа технолога-программиста. Таким образом, систему ADEM можно более гибко использовать в технологическом проектировании, поскольку:

• технологический процесс  представляет собой единое целое;

• в пределах одного маршрута может быть спроектировано несколько  операций с ЧПУ и получено соответствующее  количество управляющих программ;

• технолог-программист  имеет доступ ко всем библиотекам  нормативно-справочной базы данных оборудования, приспособлений, инструмента и т.д.;

• производится расчет режимов  резания и норм времени на все  операции технологического процесса и, как следствие, расчет времени изготовления детали в целом, с учетом времени  работы как универсального оборудования, так и станка с ЧПУ;

• в комплект технологических  документов, при наличии операций с ЧПУ, включаются карты наладки  на каждую операцию.

Единый технологический  процесс представляет собой объектно-ориентированное  дерево, состоящее из объектов различных  классов технологического назначения: операции, переходы, инструменты и  др. Каждый объект может содержать  связанную с ним геометрическую информацию, которая отображается в  основном окне, вследствие чего обеспечивается концепция единого конструкторско-технологического пространства. Для обычных операций геометрическая информация используется для скалывания обрабатываемых размеров и создания операционных эскизов, а  для операций с ЧПУ — в качестве исходной информации для проектирования траектории движения.

Создание единого конструкторско-технологического пространства и перевод технологического модуля на объектно-ориентированную  основу позволили пересмотреть принципы формирования траектории движения инструмента. Прежде для обеспечения актуальности и целостности модели приходилось  пересчитывать весь маршрут обработки, что иногда приводило к значительным потерям времени. Теперь, если конструктор  или технолог вносит изменения в  соответствующие части единой модели, АDЕМ точно знает об этом и даже сообщает пользователю, какие объекты технологической базы данных подверглись модификации, пересчитывая только данные объекты. Это позволило существенно сократить сроки разработки ЧПУ-программы, оставляя пользователей в привычном для них едином пространстве и сохраняя при этом все преимущества ассоциативных связей между конструкторской и технологической моделями.

Параллельно с перестройкой общей организации технологического модуля в системе ADEM продолжалось бурное развитие возможностей программирования станков с ЧПУ. В этом вопросе  инициаторами выступали и наши западноевропейские партнеры, и российские пользователи. Именно по их запросам мы приступили к  разработке модуля высокоскоростного  фрезерования. Первым этапом стала  модернизация существующих схем фрезерования, обеспечивающих гладкую траекторию при черновой выборке и при подходе/отходе к контуру (рис. 3). Была доработана схема спирального врезания, обеспечивающая плавное вхождение инструмента в материал с одновременным выходом на траекторию обработки.

На следующем этапе  были созданы новые схемы обработки, применяемые в высокоскоростном фрезеровании:

• спиральная обработка  карманов и окон;

• трохоидальное фрезерование пазов (рис. 4);

• гладкие траектории при  трехосевой обработке зигзагом и петлей с возможностью плавного перехода между строчками по дуге или по отрезку, касательному к границе поверхности.

Развитие процессов обработки  в системе ADEM затронуло не только фрезерование — значительные новшества  были заложены в токарную обработку. В первую очередь был кардинально  изменен алгоритм работы с пользовательскими  инструментами. Теперь геометрия режущей  пластинки и резцедержателя учитывается  как на чистовых, так и на черновых проходах, что обеспечивает полный контроль столкновений инструмента  с деталью и элементами приспособлений. Был также создан механизм выделения  необработанных зон, поднутрений и их последующей обработки другим инструментом. Новая версия ADEM постоянно контролирует состояние заготовки и использует эту информацию для оптимизации холостых перемещений в процессе расчета траектории обработки всей детали.

По предложению одного из российских предприятий была разработана  уникальная технология обработки длинных  валов (длиной до 100-150 диаметров) без  использования дополнительного  центра. Данная технология позволила  практически исключить деформацию (отгиб) детали при обработке.

Кроме того, в систему  были встроены следующие новые возможности:

• изменение на участках чистового контура таких технологических  параметров, как подача, обороты  шпинделя, номера корректоров и др. — это в значительной мере повышает гибкость управления параметрами обработки  и позволяет оптимизировать чистовые проходы (рис. 5);

• задание группы точек  врезания — ADEM автоматически выбирает ближайшую разрешенную точку  и выполняет врезание именно в  ней, сокращая тем самым непроизводительные перемещения по воздуху;

• создание типовых технологических  шаблонов — пользователи могут накапливать  и использовать библиотеки типовых  схем обработки, определяя геометрические элементы, на которых данный шаблон будет выполняться;

• размещение элементов  обработки на группе точек — это  значительно упростило задание  групповых операций, поскольку теперь можно выполнять копирование  и поворот обрабатываемых объектов.

В новой версии был полностью  переделан механизм задания и  управления системами координат  обрабатываемых элементов, что сделало  более удобным и простым процесс  задания зонной обработки и позволило  полностью исключить влияние  способа создания используемого  геометрического элемента на обработку, в отличие от предыдущих версий.

Работа в едином конструкторско-технологическом  пространстве требует особых правил взаимодействия между пользователями, и здесь не обойтись без систем управления проектными данными. В рамках системы ADEM эти задачи решает встроенный модуль ADEM Vault (рис. 6), который можно отнести к классу легких PDM-систем. Авторизованный доступ к хранилищу, защита документов от несанкционированного доступа, обеспечение коллективной работы с документами, ведение версий документов, поиск по атрибутам, генерация различного вида отчетов и ведомостей — вот далеко не полный список возможностей ADEM Vault.