CC BY
98
УДК 675—5.001.57:62-529.001.57 А. О. Аристов
ОРГАНИЗАЦИЯ ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРА ТОРИИ ИНТЕГРАЦИИ CAD-CAMНА ОСНОВЕ БЕСПЛАТНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Рассмотрена организация виртуальной лаборатории станков с ЧПУ на основе бесплатного программного обеспечения. Рассмотрены программные средства моделирования станков с ЧПУ и учебные материалы используемые для их внедрения.
Ключевые слова: САПР, ЧПУ, симулятор станка.
Современные производственно технические системы трудно себе представить без использования ЭВМ. Однако, в настоящее время использование ЭВМ в производстве не ограничивается автоматизацией документооборота. Причём, речь идёт не только
о документообороте в сфере социальноэкономической деятельности предприятия (кадровое делопроизводство, бухгалтерия и т.п.), но и выпуске проектноконструкторской документации (чертежи, расчёты и др.).
Современное производство предполагает тесную связь проектирования и изготовления деталей. Наиболее чётким примером такой организации производства можно считать внедрение систем автоматизированного проектирования
(САПР)[1].
Современная САПР представляет собой сложный организационнотехнический комплекс, включающий в себя три основных компонента [2]:
CAD (Computer-Aided-Design). Согласно определению из «Википедии»[1], CAD
— программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей. Таким образом, множество средств CAD включает в себя все средства, начиная от программ для опре-
деления геометрии конструкции, вплоть до специализированных приложений. Во многом, именно геометрическая модель объекта определяет дальнейшие этапы его жизненного цикла.
CAM (Computer-Aided Manufacturing)
— Автоматизированное производство
— технология, состоящая в использовании ЭВМ для организации, планирования и управления производством. Одним из наиболее зрелых подходов к CAM, являются станки с ЧПУ (числовым программным управлением). На основе геометрических моделей, созданных с помощью CAD, для них генерируются программы для станков с ЧПУ.
CAE (Computer-Aided Engineering) — технология, состоящая в использовании ЭВМ для анализа геометрии конструкций, моделирования и изучения поведения продукта для его усовершенствования и дальнейшей оптимизации его конструкции.
Исходя из сказанного выше, можно отметить ряд особенностей САПР как комплекса CAD-CAM-CAE на производстве:
• высокая стоимость аппаратных и программных средств;
• сложность и высокая стоимость внедрения;
• сложность организации обучения работе с системой.
Часто бывает так, что даже при наличии средств на приобретение оборудования и соответствующего программного обеспечения, не удаётся организовать обучение персонала и успешно внедрить технологии на производстве.
Таким образом, были выделены три наиболее важные проблемы, тесно связанные с внедрением САПР на производстве.
Первой проблемой является высокая стоимость аппаратного и программного обеспечения.
Проблему высокой стоимости оборудования частично решают симуляторы устройств. Обычно в основе таких симуляторов лежит сочетание имитационного и геометрического (трёхмерного) моделирования. При этом, появляется возможность изучения сложного оборудования при наличие только компьютера. А благодаря развитым системам виртуальной реальности, можно моделировать сложное аппаратное обеспечение достаточно точно, а также создавать иллюзию реальной работы с таким оборудованием. Более того, в этом случае работа становится более безопасной и менее дорогостоящей, чем при работе с реальными станками.
Если проблема дороговизны аппаратного обеспечения решается путём его замены на программное обеспечение, то проблема стоимости программных симуляторов по прежнему остаётся актуальной. Обычно такое программное обеспечение стоит достаточно дорого.
Однако, последнюю проблему решают программные продукты, относящиеся к
категории так называемых бесплатно распространяемых (Freeware) и открытых (Open Source). Конечно, выбор программы зависит от решаемой задачи, но на сегодняшний день рынок бесплатного программного обеспечения развит достаточно хорошо. Практически все наиболее распространённые и востребованные программные продукты имеют бесплатные аналоги, практически не уступающие соответствующим коммерческим продуктам.
Также, важнейшим преимуществом бесплатного программного обеспечения является возможность его широкого распространения как в условиях учебной лаборатории или цеха, так и в «домашних» условиях. Фактически, в этом случае имеем дело с виртуальной лабораторией. Рассмотрим простейший пример виртуальной лаборатории, в которой выполняется построение геометрической модели и её изготовление на станке с ЧПУ (рис. 1).
По представленной схеме можно выделить как минимум три программных продукта, составляющих систему CAD-CAM:
CAD — программное обеспечение построения геометрической модели.
Конвертер — программа, преобразующая геометрическую модель в текст программы для станка с ЧПУ.
CAM — программное обеспечение симулирующее работу станка с ЧПУ, либо сам станок с ЧПУ. Стоит заметить, что чаще всего перед тем, как выполнить изготовление детали на станке с ЧПУ, процесс изготовления моделируют.
Таким образом, необходимо подоб-
Код программы
Деталь
Рис. 1 342
рать бесплатное программное обеспечение для каждой из приведённых выше категорий.
Начнём с симулятора станка с ЧПУ. Чаще всего к реальному станку прилагается специализированное программное обеспечение для управления станком и моделирования его работы. Однако, существуют и программные продукты, совместимые с различными станками. Примером такого бесплатного симулятора можно считать CNCSimulator (http://www.cncsimulator.com/). Программа представляет собой виртуальный станок с ЧПУ (рис. 2), обладающий следующими возможностями:
• симуляция токарного и сверлильного станков;
• управление на основе языка G-codel;
• настройка инструментов;
• настройка параметров заготовки;
• 3D-моделирование работы станка;
• управление станком через COM-порт.
Программа является не только симулятором, но и средой разработки программ для станков с ЧПУ.
Стоит отметить, что данный симулятор не учитывает ряд свойств стан-ка и обрабатываемого материала. Например, не учитывается мощность станка, материал из которого изго-тавливается деталь, что также влияет на особенности разрабатываемой программы на языке G-code. Эти на-стройки больше относятся к компоненту CAE и остаются «на откуп» инженеру-технологу, разрабатывающему программу.
Важно также отметить, что симулятор интегрирован с реальным станком, который может быть подключён к ком-
1 Язык, предназначенный для написания программ для станков с ЧПУ. Стандартизирован (RS274D, ВО 6983-1:1982, ГОСТ 2099983).
пьютеру и работать по программе, разработанной с использованием симулятора.
Симулятор позволяет разрабатывать программы для станка с ЧПУ вручную, т.е. указывая соответствующие команды в текстовом варианте. Однако, благодаря конверторам есть возможность автоматически преобразовать геометрическую модель (чертёж) в текст программы на языке G-code. При этом, конверторы позволяют преобразовывать чертежи, выполненные в формате dxf.
В качестве средства разработки чертежей можно использовать Autodesk AutoCad и его многочисленные аналоги, например:
• LiteCad (http://www.litecad.com/);
• A9Cad (http://www.a9tech.com/);
• ProgeCad (http://www.progesoft.com/).
Кроме того, многие системы трёхмерного моделирования поддерживают формат dxf.
Связующим звеном между CAD и CAM является конвертер. Поскольку структура dxf-файла задокументирована, то есть возможность разработки собственного конвертера или средства построения типового кода (например, для вытачивания каких-либо стандартных деталей по ГОСТам).
В качестве бесплатного конвертера можно использовать ACEconverter (http://www.dakeng.com/ace.html). Стоит отметить, что данный конвертер в процессе преобразования позволяет получить только команды позиционирования инструмента. Что же касается технологических команд, связанных с частотой вращения, выбора инструмента и т.п. — их придётся дописывать вручную.
Итак, выше была рассмотрена интеграция CAD-CAM на основе бесплатного программного обеспечения. Как видно, современный рынок бесплатного программного обеспечения даёт доста-
Рис. 2
точно хорошие возможности для организации виртуальной лаборатории интеграции CAD-CAM.
Теперь рассмотрим предложенную систему CAD-CAM с позиции внедрения. Внедрение подобной системы во многом зависит от организации обучения персонала работе с ней. Для организации внедрения можно использовать методическое обеспечение, основанное на электронных образовательных материалах.
В такой ситуации, наиболее эффективным классом электронных образовательных материалов являются видеоуроки, основанные на технологии Screen Capture. Технология Screen Capture предполагает запись в видеоформаты (avi, mov, swf и др. ) событий, происходящих на экране. Важным преимуществом этой технологии является её дополнение возможностью
аудиозаписи с микрофона. Таким образом, технология Screen Capture позволит создать наглядные и эффективные образовательные материалы, демонстрирующие работу с программными продуктами. Также, благодаря технологиям видеомонтажа появляется возможность дополнить видеоуроки демонстрациями работы реальных станков.
Рынок бесплатного программного обеспечения для записи и обработки видеоматериалов представлен достаточно широко, что позволяет без дополнительных затрат подготовить образовательные материалы, которые могут быть использованы для обучения персонала при обучении персонала. Примерами программ для обработки записи и обработки учебных видеоматериалов:
• uvScreenCamera;
• CamStudio;
• УігШаЮиЬ;
• Ж)Н УіаеоРаа.
Таким образом, были рассмотрены возможности организации виртуальной лаборатории станков с ЧПУ. Очевидно, что современный рынок бес-
платного программного обеспечения обеспечивает возможность полноценного изучения, использования и внедрения систем ЧПУ как в образовании, так и на производстве.
----------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/CAnP. 2. Калитин Д.В., Аристов А.О. Компьютер-
ная графика в САПР. — М.: МГГУ, 2010 — 158 с. ШЫ =1
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ ------------------
Аристов А.О. — ассистент e-mail: batan-87@mail.ru. Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
ЗАБЫТЫЕ ГОРНЯЦКИЕ СПЕЦИАЛЬНОСТИ
Саночник (тягальщик, тяголыцик) - рабочий, осуществлявший доставку угля из очистного забоя.
Отбитый уголь лопатой грузился в санки и по печи, «повальному» или диагональному штреку доставлялся к стволу.
Санки представляли собой деревянный ящик с подбитыми к днищу металлическими полозьями и имели вес около 50 кг. В них грузилось от 100 до 200 кг угля, так что общий вес санок с углем доходил до 300 кг. Саночник перемещал санки до ствола волоком по почве при помощи ременной лямки, в которую рабочий впрягался через плечо или делался специальный пояс, который цепью крепился к санкам. Передвигался саночник в согнутом положении или на четвереньках. Для лучшего сцепления с почвой к обуви крепились специальные «кошки». Скорость передвижения саночника с грузом составляла от 4 до 12 м/мин, с порожними санками -10-12 м/мин. При сырой почве скорость передвижения была почти в два раза выше, чем при сухой.
