CC BY
160
ПОСТРОЕНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
В АСТПП А.В. Смагин
Научный руководитель - к.т.н., доцент Е.И. Яблочников
Большинство программных продуктов, составляющих современные комплексы АСТПП на предприятии, используют ту или иную информацию о режущем инструменте, что порождает разрозненность баз данных режущего инструмента и дублирование данных в них. В работе рассматривается распределение данных о режущем инструменте по подсистемам АСТПП и организация управления данными в едином информационном пространстве предприятия.
Введение
Современные системы АСТПП промышленных предприятий представляют собой сложные структуры, включающие множество компонентов, решающих определенные задачи. CAD-системы применяются для разработки трехмерных моделей и выпуска чертежно-графической информации. В CAM-системах разрабатываются управляющие программы для оборудования с программно-числовым управлением. CAE-системы позволяют проводить различные инженерные расчеты и исследования, используя конечно-элементные методы. CAPP-комплексы сокращают объем рутинной работы технологов при проектировании технологических процессов.
Корпоративные информационные системы (КИС) MRP, MRPII и ERP - системы комплексного управления предприятием, включающие финансовые, логистические, складские и т.п. модули. PDM-система управляет данными об изделии и играет объединяющую роль построения единого информационного пространства предприятия (ЕИП) [1].
В процессе проектирования технологического процесса механообработки различные подсистемы АСТПП оперируют определенными технологическими данными, в том числе данными о режущем инструменте (РИ) (рис. 1).
Рис. 1. Режущий инструмент в АСТПП и КИС
При проектировании технологического процесса механообработки технолог в САРР-системе из существующей базы данных режущего инструмента (БД РИ) выбирает необходимый для каждой операции РИ. Процесс выбора может происходить в ре-
жиме поискового диалога либо подбираться по определенным правилам экспертной системой [2].
При проектировании операций механообработки на оборудовании с ЧПУ в САМ-системе технолог-программист формирует набор режущего инструмента, необходимый для формирования управляющей программы (УП), из существующей библиотеки РИ САМ-системы.
При осуществлении проверки корректности УП до отправки ее на станок в системе верификации УП технолог-программист использует тот же набор инструмента, что и при проектировании УП. Таким образом, система верификации УП также имеет свою библиотеку РИ.
В процессе планирования производства в ЕКР-системе для своевременного обеспечения механообрабатывающих операций также должны учитываться данные об используемом инструменте.
И, наконец, РБМ-система - объединяющее звено ЕИП предприятия - имеет БД РИ, используемого при производстве изделий, в привязке к каждому изготавливаемому наименованию детали.
Таким образом, в едином информационном пространстве предприятия возникает пять (по числу рассматриваемых компонентов) технологических баз данных режущего инструмента.
Зачастую на предприятиях применяется программное обеспечение различных производителей, имеющее значительные различия в структурах баз данных и использующее различные СУБД. Такое многообразие БД не позволяет организовать единую унифицированную централизованную или распределенную базу данных, которая могла бы использоваться всеми подсистемами, что влечет за собой многочисленные ошибки, вызванные большим числом типоразмеров (порядка 10 тысяч) режущего инструмента, а наполнять библиотеки приходится разным исполнителям. Для сокращения ошибок пополнения БД РИ и более функционального использования данных об инструменте в ЕИП предприятия необходимо определить необходимый набор параметров для каждой подсистемы, разработать структуру централизованной БД РИ и обеспечить синхронизацию с ней всех библиотек прикладного программного обеспечения.
Основная часть
Необходимый в работе каждой из подсистем АСТПП набор параметров режущего инструмента определяется из функционального назначения программы.
В ходе проектирования технологического процесса механообработки в системе САРР, технолог определяет необходимый инструмент. Критериями выбора для этой системы являются:
- тип операции (токарная, фрезерная, и т.д.),
- вид операции (расточка, сверление, и т. д.),
- геометрия заготовки (диаметр прутка, толщина листа, и т.д.),
- геометрия инструмента (диаметр, вылет, и т. д.),
- материал заготовки.
Эти критерии позволяют определить параметры режущего инструмента, которые должны храниться в БД САРР: обозначение инструмента для точной идентификации его в системе, геометрия инструмента, режимы резания (в привязке к материалу заготовки), схематическое изображение инструмента для наглядного его представления.
Обозначение инструмента представляет собой буквенно-цифровой идентификатор, сформированный по правилам классификации, регламентированным ГОСТами или стандартами предприятия. Он может содержать основные геометрические характеристики инструмента, его материал и, для однозначной идентификации, название производителя.
При необходимости выполнения механообработки на программно-управляемом оборудовании технологу-программисту необходимо разработать управляющую программу. В процессе разработки УП в CAM-подсистеме технолог-программист должен использовать набор инструментов, определенный на этапе проектирования операционной технологии в CAPP-системе. Возникает необходимость интеграции двух подсистем АСТПП на уровне передачи технологических данных о проектируемой операции, в том числе и об используемом режущем инструменте.
Современные CAM-системы предлагают широкий выбор различных стратегий обработки, учитывающих технологические параметры процесса резания. CAM-система формирует УП, основываясь на данных о режимах резания и параметрах оборудования.
В процессе разработки УП CAM-системы используют математические методы моделирования удаления материала заготовки инструментом, построенным по его геометрическому описанию. Для сложного профильного инструмента, который невозможно описать параметрически, используется представление в виде твердотельной модели, построенной в CAD-системе и определенным образом описанной в БД [3].
При необходимости изготовления специализированного инструмента используются соответствующие модули CAD/CAM-программ, которые позволяют на основе модели детали со сложной геометрией разработать форму РИ, используемого при производстве таких деталей. Такие модели также должны иметь привязку к базе данных, формируя обозначение, геометрические параметры и режимы резания спроектированного РИ.
Таким образом, в технологической базе данных РИ CAM-системы (рис. 2) необходимо хранить: идентификатор инструмента, геометрические параметры, режимы резания (в привязке к обрабатываемому материалу), схематическое наглядное изображение, твердотельную модель (для сложного профильного инструмента).
Рис. 2. Выбор инструмента в БД САМ системы
После постпроцессирования управляющей программы в машинные коды станка с ЧПУ рекомендуется проводить верификацию УП для проверки корректности и предотвращения повреждения оборудования. Для этих целей существует целый ряд программных продуктов верификации УП.
Входной информацией для программы-верификатора является управляющая программа в машинных кодах, наименование станка и перечень используемого инструмента, сформированный в CAM-системе. При наличии прямого интерфейса верификаторы вызываются непосредственно из CAM-программы, и вся необходимая информация передается напрямую. При отсутствии такой интеграции передача необходимых данных может быть осуществлена посредством PDM-системы.
В соответствии с УП на трехмерной модели реального станка отрабатываются все перемещения рабочих органов и режущего инструмента. Кроме контроля столкновения агрегатов станка, система-верификатор позволяет выявлять зарезы технологической оснастки. Кроме того, верификаторы УП позволяют проводить оптимизацию режимов резания и траектории перемещения органов станка. Для проведения полноценной верификации в программе-верификаторе должны быть модели станка, заготовки, техос-настки, режущего инструмента.
Исходя из функционального назначения программ проверки управляющих программ, технологическая база данных режущего инструмента должна содержать идентификаторы, режимы резания в привязке к материалу и твердотельные модели инструмента [4].
После завершения разработки технологии механообработки формируется перечень необходимых материалов и производственных ресурсов. В ERP-системе производится учет, а также оформление документации для хранения, закупки и перемещения всех материальных ценностей предприятия. БД режущего инструмента используется для учета хранения на складах и формирования документов внутреннего перемещения между складами и производственными площадками, а также закупочных ведомостей. Необходимыми параметрами такой базы данных являются обозначение РИ и его внутренний идентификатор.
Связующим звеном для всех модулей АСТПП предприятия является PDM-система, концентрирующая все данные жизненного цикла изделия. Программа управления данными об изделии осуществляет передачу данных между всеми подсистемами АСТПП и КИС, реализуя функции интеграционных интерфейсов. В хранилище PDM помещаются твердотельные модели деталей изделия (ДСЕ), технологическая документация (технологические процессы изготовления), управляющие программы для станков с ЧПУ (при обработке на программно-управляемом оборудовании), все сопутствующие данные (проекты CAE) и др.
PDM является ключевым элементом построения единого информационного пространства предприятия, вследствие чего все компоненты АСТПП должны иметь интеграцию, прежде всего, с системой управления данными об изделии [1].
База данных РИ PDM-системы является концентрацией всех библиотек компонентов АСТПП и КИС. Она должна содержать все необходимые параметры РИ для всех подсистем:
- обозначение инструмента,
- вид операции,
- тип операции,
- геометрия инструмента,
- режимы резания,
- схематическое изображение,
- твердотельная модель.
База данных инструмента в PDM-системе формируется в соответствии с классификацией, принятой на предприятии.
Таким образом, система управления данными об изделии позволяет передавать необходимую информацию об используемом в производстве режущем инструменте между подсистемами АСТПП и КИС, реализует возможность синхронизации разроз-
ненных библиотек прикладных программ и, тем самым, сокращает количество ошибок в технологических базах данных РИ.
Ведущие производители режущего инструмента поставляют каталоги своей продукции в электронном виде. Такие электронные каталоги содержат всю необходимую и достоверную информацию о РИ, включая и твердотельные модели в форматах наиболее распространенных CAD-систем. Интерфейсные оболочки позволяют экспортировать необходимые данные во внешние приложения. Существенным недостатком такого решения является ограниченность поддерживаемых программ, список которых ограничивается наиболее распространенными CAM-системами и системами верификации УП. Но эта проблема может быть решена написанием приложения для импорта-экспорта данных в требуемые библиотеки.
Еще одним решением автоматизированного управления данными о режущем инструменте являются так называемые «менеджеры режущего инструмента» (TDM, Tool Data Manager, рис. 3). Эти системы имеют интерфейсы с электронными каталогами ведущих производителей инструментов, популярными CAD, CAM и приложениями верификации УП. TDM-системы имеют модули проектирования инструмента, конфигурирования сборок и магазинов инструмента, хранения технологических параметров, трехмерных моделей, планирование производства и закупки инструмента [5].
axi/»nîiiiîï!
jiii i
Й Evefcubw»
ah«*«« Î 41 «w« » Tûiiirfcitofuoemif* g- ha.4 iwêû
1 I*J «*) ftVJ*W.
Staeltaivwi
Il - '1йеТЗП_а ASSGROUPI IST.COI Г, ПШМажк 'ПНСглрЬкОологйГог', TwntMuk 'fUdCiraphicGenoialor'
rr
ОмиИ» |
ОеклрЬи*
Pli [Ï5
Й«1 к ^
ce Ь F-
V» I®
* f»
'«и |35 CritrdtddliA |
5Hrt |
yditnjtgl Щ H «ta* dtta ■ wontfcii jq f.
1МЖ» г tWa h» bwn bated i
Рис. 3. Представление инструмента в ЮМ системе
Применение таких программных продуктов должно быть реализовано в интеграции с РБМ-системой предприятия.
Многообразие модулей АСТПП и КИС предприятия порождает многообразие БД РИ. Реализация управления данными о режущем инструменте в едином информационном пространстве предприятия должна осуществляться на основе централизованной БД РБМ-системы с синхронизацией библиотек прикладных программ. Пополнение и актуализация данных о РИ должна производиться на основании данных производителя инструмента из электронных каталогов. Использование централизованной БД РИ и синхронизация библиотек инструмента РБМ-системой позволит значительно сократить количество ошибок в технологических базах данных.
Литература
1. Яблочников И.Е. Методологические основы построения АСТПП / Методическое пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2005. - 84 с.
2. Воскресенская Е.А., Воскресенский А.Д., Степанов А.В., Рева В.Н. Опыт внедрения PLM-системы на промышленном предприятии. / CAD/CAM/CAE Observer. - 2005. -№ 6. - С. 19-23.
3. Обзор по материалам разработчиков и зарубежных CAM-изданий. Интеллектуальные» возможности современных CAM-систем. / CAD/CAM/CAE Observer. - 2002. -№ 4. - С. 2-7.
4. http://www.cgtech.com /Электронный ресурс. - Режим доступа: свободный. - Яз. англ.
5. http://www.tdmsystems.com /Электронный ресурс. - Режим доступа: свободный. -Яз. англ., нем., франц.
