Объемное проектирование изделий машиностроения с применением стандартов трехмерного документирования. Задачи технолога-программиста Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА

УДК 658.516.1

Объемное проектирование изделий машиностроения с применением стандартов трехмерного документирования. Задачи технолога-программиста

Н. А. Пиликов

Подготовка управляющей программы

Технолог-программист должен подготовить управляющую программу (УП) обработки детали* на станках с ЧПУ. Естественно, обработка может предполагать наличие нескольких разных установов и переходов обработки, на каждом из которых геометрия существенно меняется. Для каждого перехода может быть востребован свой комплект инструментов и оснастки для закрепления деталей, обработки резанием, а также инструментов для измерения детали. Все эти объекты являются элементами оснащения процесса обработки, и сам процесс хорошо отображается с помощью древовидной структуры, на которой показаны все установы, переходы и элементы процесса, включая инструменты, траектории, технологические режимы на траекториях. Пример схемы процесса подготовки обработки детали на станке с ЧПУ при наличии ЗБ-модели представлен на рис. 1. В этом процессе использована специализированная база данных оснастки на основе модулей системы «Технорма» («Глосис-Сервис», Санкт-Петербург). Система «Технорма» используется не только как база данных, но и как источник и генератор объемных моделей оснастки. На схеме показано, что после построения элементов рабочей конфигурации развивается процесс подготовки комплекта УП и его верификации на основе постпроцессора и в-декодера (обратного постпроцессора). При позитивном результате формируются выходные документы для производства, все полученные файлы и данные, относящиеся к обработке (элементы обработки), записываются в базу данных корпоративной информационной системы (КИС).

Если будет необходима разработка заказного приспособления или даже режущего инструмента, это никак не изменит общую схему процесса, просто объемные модели объектов будут браться не из БД, а из конструкторских

* О задачах конструктора см. [1].

проектов заказных объектов. Сохранение дерева обработки может быть реализовано на основе специального ХМЬ-файла: из него формируется вся затратная часть планируемого процесса, в том числе временные затраты на использование станка, инструмента, оснастки, что дает возможность КИС выполнить все операции по расчету себестоимости обработки.

После получения комплекта готовых к выполнению УП технолог должен иметь возможность промоделировать процесс обработки для исключения запуска ошибочного процесса на реальном станке. На рис. 2 приведены модели объектов оснащения конкретного процесса обработки детали.

Если в распоряжении технолога есть виртуальные модели станков, он может смоделировать любую конфигурацию как для обработки, так и для измерения детали. Задача состоит также в том, чтобы обеспечить технолога всеми необходимыми моделями элементов обработки, включая режущий инструмент, оснастку (рис. З). В случае вращения режущего инструмента его геометрия может моделироваться упрощенно, то есть в виде условного тела вращения, что позволяет легко смоделировать даже самый геометрически сложный инструмент.

Стыковка управляющей программы

с базами данных режущего инструмента

САМ-системы являются локальными системами, поэтому, как правило, имеют свои локальные библиотеки инструмента. Традиционно технологи-программисты самостоятельно ведут библиотеки, в результате неизбежно создаются возможности для разнообразных ошибок и неопределенностей. Исключить эти риски позволяют организация централизованной базы данных (БД) инструмента в КИС и разработка интерфейса САМ-системы напрямую с этой БД. Предполагается, что локальные библиотеки инструмента используются

Из отдела главного технолога

["V

[ _/ Техпроцесс обработки

Из КБ детали изделий

Ш"

Модель финишной детали

Задание на проектирование элементов оснащения

КБ оснастки

Заказные инструменты,

I

оснастка

Из КБ

металлургического производства

Разработка технологии обработки на станке с ЧПУ

САБ/САМ-система

Модель заготовки деталей

Поддержка информационного обеспечения обработки

V

Технорма/АдминКАД

Внешние каталоги и другие источники

Файлы и данньп из хранилища КИС

Технорма/ ИнтраКАД

БД режущего иструмента

БД станочной оснастки

Деревовидное

представление

технологии обра-

ботки детали

Установ-1

Переход-1

1 1 . Элемент-1

| -• Элемент-2

Переход-2

1 -• Элемент-1

^ - Переход-3

Элемент-1

Переход-4

Элемент-1

1 " - Установ-2

Переход-1

Переход-2

Переход-3

Переход-4

1 I Установ-3

Построение рабочей конфигурации обработки

Модель рабочей конфигурации обработки

/

Комплект материалов по станку и стойке ЧПУ

Ведомости оснастки, эскизы, карты наладки, комплект УП

Получение комплекта УП оснастки

САБ/САМ-система

Постпроцессор САМ-системы для станка и стойки с ЧПУ

О-декодер стойки ЧПУ

Комплект УП в коде стойки ЧПУ

В КИС для хранения и планирования производства

Формирование выходных документов по выполнению обработки

Да

Протокол верификации

Нет

ХМЬ-файл элементов обработки

САБ/САМ-система + программные дополнения

Корреляция объектов обработки

САБ/САМ-система

Рис. 1. Схема процесса подготовки обработки на станке с ЧПУ при наличии моделей основных объектов

б)

Рис. 2. Модели объектов оснащения конкретного процесса обработки детали: а — модель оснащения:

1 — модель режущего инструмента; 2,3 — модель комплекта оснастки для закрепления: 2 — режущего инструмента; 3 — детали;

б — готовая конфигурация — основной источник для генерации УП:

1 — модель детали

б)

Рис. 3. Виртуальные модели станков для моделирования различных схем: а — для фрезерной обработки неподвижной детали: 1 — рабочая конфигурация обработки;

б — для токарной обработки вращающейся детали

только как временные хранилища выбранного инструмента под данный процесс обработки. Таким образом, в процессе подготовки УП технологу предлагается выбор инструмента в окне КИС из централизованной БД. Как только инструмент выбран, он вводится через разработанный интерфейс в локальное хранилище САМ-системы и сохраняется в структуре процесса обработки вместе с УП. Это позволяет технологу-программисту не только вводить необходимый инструмент, но и видеть его наличие на складе. После ввода инструмента во временное хранилище технолог-программист привязывает инструмент к ячейкам устройства смены инструмента и к технологическим переходам операции, в ходе которых инструменты «получают» конкретные режимы резания и траектории. Интерфейс настраивается на все возможные варианты коррекции и чистки временного хранилища, а также на вывод информации по полученным траекториям обратно в КИС для оформления карты наладки и расчета затрат на процесс обработки.

Поддержка инструментальной наладки и визуализации обработки

Инструментальная наладка состоит в формировании стандартных наборов станочных приспособлений для закрепления инструмента и заготовки на станке. Для осуществления данного процесса необходима БД оснастки с возможностями генерации комплектов оснастки как параметрических сборочных единиц и ввода их в САМ-систему. Это исключительно полезно для тех САМ-систем,

которые располагают ЗБ-визуализацией механической обработки и, как правило, используются при обработке на дорогостоящем оборудовании. Интерфейс может быть разработан как с генерирующими УП САМ-си-стемами, так и с системой визуализации УП типа Уег1си1, для работы которых требуется ввести в процесс точные модели всех станочных приспособлений и инструмента.

Проблемы использования БД режущего инструмента и оснастки предлагается решать на основе специализированной системы «Тех-норма/ИнтраКАД» («Глосис-Сервис», Санкт-Петербург), которая поддерживает автоматическую генерацию стандартизованных параметрических деталей и сборок (см. рис. 1, 4).

Если модели вращающихся инструментов строятся по упрощенному принципу, то не-вращающиеся инструменты требуют более точного построения (рис. 5). В этом случае требуется обеспечить наполнение БД КИС станочными приспособлениями и инструментами, реализовать ее стыковку с БД «Технор-ма/ИнтраКАД» и далее решать вопросы автоматической генерации объемных моделей сборок инструментальных комплектов и передачи их внутрь САМ-систем. При наличии в БД готовых моделей оснастки и их компонентов процесс построения рабочей конфигурации будет идти быстро и точно (рис. 6). Решение этой задачи позволит подготовить процесс визуализации в максимально короткие сроки, соответственно, появляются возможности верифицировать каждый процесс обработки на дорогостоящем оборудовании.

Все необходимые программные разработки реализуются как дополнения (плагины) в САБ/САМ-системе ЫХ и работают непосредственно в ее окне. Графические материалы (чертежи, эскизы) готовятся в САБ/САМ-системе с автоматической загрузкой данных в саму форму документа (рис. 7). Текстовые документы также готовятся автоматически по имеющимся на дереве обработки данным и принятым шаблонам.

Современная подготовка КТПП проводится на базе ЗБ-аннотаций и ЗБ-моделей вместо чертежей, на предприятии следует провести перестройку не только конструкторской и технологической задачи, но и всей цепочки последующих компьютеризированных рабочих мест. Если на местах технологи всегда имеют доступ к компьютеру, то рабочие места операторов, контролеров и рабочих цеха также предстоит оснастить терминалами с промышленной клавиатурой или сенсорными экранами. В современных условиях все эти меры

Номер Обозначение с1п* Ь Ь* а 1* 11 12 -

1 БвВЫ И/Ь 2020 12 12 12 20 8,3 25 125 37,1

2 БвВЫ И/Ь 2525 12 12 12 25 8,3 32 150 37,1

3 БвВЫ И/Ь 3232 12 12 12 32 8,3 32 170 37,1

4 БвВЫ И/Ь 2525 15 15 15 25 10,2 32 150 45,1

5 БвВЫ И/Ь 3232 15 15 15 32 10,2 32 170 45,1

6 БвВЫ И/Ь 3232 15 15 15 32 10,2 40 170 45,1

7 БвВЫ И/Ь 3232 19 19 19 32 12,5 40 170 49,5

^^

Автоматическая генерация

Рис. 4. Быстрая генерация условных моделей инструмента для использования в процессе обработки:

1 — типоразмеры инструмента; 2 — «Технорма/ИнтраКАД»; 3 — исходная модель инструмента; 4 — сгенерированные упрощенные модели вращающегося инструмента для визуализации обработки

вполне осуществимы. На предприятии должен быть централизованный электронный архив всей информации по проектам деталей изделий и технологиям. Цеховая инфраструктура должна обеспечивать возможности скоростного доступа через сеть к БД проектов для оперативного вывода нужной информации на терминалы — универсальные источники информации и элементы управления на рабочих местах. Таким образом, операторы станков, контролеры измерительных систем и рабочие (например, на слесарной сборке) смогут всегда получить точную версию модели из архива, просмотреть ее параметры в удобном ре-

б)

Рис. 5. Модель инструмента, учитывающая все особенности геометрии рабочей конфигурации (а) и схема установки инструмента (б)

жиме. Конечно, на участке, в помещении мастера или диспетчера, всегда должен быть компьютер с принтером для вывода эскизов и фрагментов моделей в твердой копии.

Задача предприятия состоит в том, чтобы подготовить свою производственную и технологическую инфраструктуру к внедрению новых стандартов работы, которое открывает возможности радикально ускорить и повысить качество КТПП и полностью отказаться от чертежей и бумажных спецификаций. Примеры реального внедрения технологии аннотированных ЗБ-моделей в России уже есть.

Внедрение должно быть постепенным: в начале процесса внедрения чертежи еще присутствуют, но первичными объектами являются уже модели, с помощью которых формируются проекции и виды для чертежей. Переход на ЗБ-аннотации может осуществляться поэтапно, путем их применения как для изделия, так и для оснастки, в любом порядке, то есть в зависимости от того, какая конструкторская группа будет лучше подготовлена. После полного внедрения новых стандартов необходимость в чертежах

а)

ЙпЛОО РАБОТН

Рис. 6. Быстрая генерация точных моделей станочной оснастки в системе «Технорма/ИнтраКАД»: а — доступ к категориям оснастки; б — сгенерированные модели элементов станочной оснастки

Рис. 7. Построенная рабочая конфигурация для быстрого получения карты наладки: а — САМ-система; б — карта наладки

Гкт .н ГОТ I Л П^в- = 1— ■ I .ц-И-чи,- и< ............ ¡мрукицнг I щн........ I »Л».ко- дш^ т.сж щк^'ш-^

■ ■ .¡. ■ ....

Тктг

< '• ТлигГЖТ Л1&75

' ' ГуО^хГйСТ 31169-75 1 ! К^^ЛОСТ ЙЙНВ

1 1 к*™ГОЙИ1внв ' ' В-яГОС! ШВ-Ч

Го№лгпктгив-75

_| м

- .С Г|и1"КЧ> II

Ь*И

I

и внаы —Л

^ многое***

_| Гй]> _) Зашат»

I О.'чЛ- ^

I I

Них> н _| ФЩк

В ищи ЦЗи.» ;

Ст-м». 7ЛК1Л1 ГОСТ »168-751КЦ и

отпадет полностью, и процесс КТПП радикально упростится и ускорится.

Технология ЗБ-аннотаций в принципе может работать только в условиях, где приняты стандарты по технологии электронного документа и электронно-цифровой подписи. При этом эффект от внедрения будет существенно выше, если предприятие внедрило систему РБМ, в рамках которой реализуются централизованное сохранение и обмен моделями.

С учетом всех указанных обстоятельств внедрение в практику производства ЗБ-ан-нотаций является многоэтапным проектом, ориентированным на перспективу и всегда требующим проведения ряда мероприятий.

1. Методологическая подготовка для конструкторов — проведение анализа зарубежного и российского опыта, разработка проекта корпоративного стандарта по использованию ЗБ-аннотаций на основе адаптации зарубежных стандартов.

2. Методологическая подготовка для технологов — разработка библиотеки КТЭ, часть из которых может быть специфична для предприятия, и их стандартизация.

3. Организация электронного архива проектов на основе системы, выполняющей роль РБМ-системы. Для внедрения электронного архива проводится разработка и уточнение новой схемы процесса ТПП, которая далее реализуется в РБМ.

4. Разработка корпоративного стандарта, который делает законным использование электронных документов и моделей и включает в себя:

• стандарт о статусе электронной модели и электронного документа;

• стандарт об использовании электронной цифровой подписи.

5. Формирование на предприятии центра стандартизации, который накапливает нормативную документацию в электронном виде и предоставляет ее для широкого использования. Это может быть реализовано на базе системы «Технорма/ИнтраДок» («Глосис-Сер-вис», Санкт-Петербург).

6. Программные разработки и настройки:

• подготовка и настройка системы РБМ к функционированию в среде предприятия (отдельный проект);

• разработка ряда программного конвертора технологической структуры детали для САБ/САМ-системы;

• программные разработки по отдельному техническому заданию для решения вопросов интегрированной подготовки УП;

• разработка постпроцессоров для станков, не обеспеченных подключением к САБ/ САМ-системе;

• разработка G-декодеров системы для визуализации обработки, в том числе построение моделей станков;

• программная стыковка системы РБМ с ERP-системой, решение вопроса синхронизации баз данных и передачи проектной и производственной информации;

• программная стыковка электронного архива с цеховыми терминалами.

7. Подготовка информационного обеспечения, включающего в себя:

• базы данных материалов (может быть использована любая БД, например, справочник материалов и сортаментов (МиС) компании «Аскон». В этом случае необходима его программная стыковка с РБМ);

• базы данных стандартизованных деталей и конструкций с возможностями генерации ЗБ-моделей (реализуется специализированной системой «Технорма/ИнтраКАД»);

• базы данных режущего и вспомогательного инструмента;

• базы данных технологического оборудования;

• базы данных рабочих специальностей и квалификаций.

8. Реализация масштабного сетевого проекта в цехах, оснащение рабочих мест производственными терминалами, разработка инструкций и пользовательских документов.

9. Собственно внедрение, включая масштабное обучение пользователей.

Литература

1. Пиликов Н. А. Объемное проектирование изделий машиностроения с примененем стандартов трехмерного документирования. Конструкторские задачи // Металлообработка. 2010. № 5. С. 49-53.

Г(

Компания «Глосис-Сервис», начиная с 1998 года, активно пропагандирует и внедряет на промышленных предприятиях новейшие стандарты проектирования и подготовки производства, основанные на использовании программных систем и технологий проектирования на уровне 3D. www.glosys.ru

E-mail: soft@glosys.ru. Тел.: +7 (812) 542-04-69.

Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Смолячкова, д. 4/2.