50203

САПР технологических процессов, конспект лекций

Конспект

Информатика, кибернетика и программирование

С помощью САПР в десятки раз ускоряется разработка конструкторской и технологической документации, при этом обеспечивается возможность обнаружения ошибок, от проектирования на ранних этапах до передачи изделия в производство.

Русский

2015-01-18

11.79 MB

68 чел.

САПР

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Место САПР ТП в машиностроительном производстве

Современное машиностроительное производство характеризуется следующими основными моментами:

  1.  Широкое использование автоматизированного и автоматического оборудования - станки с ЧПУ, гибкие производственные модули (станки с ЧПУ + промышленные роботы), автоматизированные транспортные системы, автоматизированные складские системы, автоматизированные участки и автоматизированные цеха.
  2.  Частая сменяемость номенклатуры.
  3.  Высокое качество изделий, необходимость которого обусловлено конкурентной борьбой.
  4.  Чтобы обеспечить эффективное использование дорогостоящего технологического оборудования, необходимо иметь средства быстрой и качественной разработки всей необходимой технологической документации, эти средства предоставляются системами автоматизированного проектирования.

С помощью САПР в десятки раз ускоряется разработка конструкторской и технологической документации, при этом обеспечивается возможность обнаружения ошибок, от проектирования на ранних этапах до передачи изделия в производство.

Рисунок 1 - Место САПР ТП в машиностроительном производстве

САПР ТП и особенность российского машиностроительного производства

Основной особенностью российского машиностроительного производства является описание технологий на основе маршрутно-операционных технологических процессов. Она связана с историческими особенностями развития российского машиностроения. Описание технологий осуществляется с помощью комплекта технологических карт: маршрутной карты (МК), операционной карты (ОК), маршрутно-операционной карты (МОК). В этих документах самым подробным образом описывается весь технологический процесс.

В них  содержится перечень технологических переходов, с указанием времени их выполнения, необходимого режущего и вспомогательного инструмента, приспособлений, оборудования, разряда рабочего. Вся информация, содержащаяся в картах, служит основой для дальнейшего планирования производства (закупки комплектующего инструмента, материалов, определение потребности в рабочих, расчетов зарплаты). На основе этой документации рассчитывается себестоимость изделия и определяется его цена. Маршрутно-операционные технологии определяют и структуру производственных подразделений.

В России разработкой технологической документации занимается отдел главного технолога (ОГТ) или технологическое бюро.

Рисунок 2 - Структура КТП В России

Рисунок 3 - Структура КТП за рубежом

Зарубежное производство всегда ориентировалось на высококвалифицированного рабочего, который мог бы по чертежу сделать готовую деталь, поэтому там нет подробного описания технологического процесса, а для сопровождения изделий создаются гибкие группы поддержки, состоящие из инженеров-конструкторов и технологов.

Система производства основана на маршрутно-операционных технологиях. Кроме России, эта система имеется и в странах бывшего СНГ и странах, чья промышленность создавалась при содействии СССР, например Китай. Поэтому системы САПР для разработки маршрутно-операционных технологий разрабатываются только в России и Белоруссии – фирмами, которые еще в Советском Союзе занимались этой проблемой.

Компьютерное интегрированное производство

Компьютерное интегрированное производство (CIM - Computer integrated manufacturing) появилось в начале 90-х годов. Такое производство обеспечивалось комплектом компьютерных систем САПР, обеспечивающих автоматизацию проектирования на всех этапах жизненного цикла машиностроительного изделия.

  1.  Разработка технологического задания и согласование его с заказчиком.
  2.  Разработка конструкторской документации.
  3.  Выполнение технических расчетов.
  4.  Разработка технологической документации.
  5.  Разработка комплекта программ для станков с ЧПУ.
  6.  Изготовление деталей и сборка узлов.
  7.  Сборка изделия в целом.
  8.  Упаковка и транспортировка.
  9.  Проведение технологического обслуживания изделия.
  10.  Утилизация.

В настоящее время для обозначения компьютерных систем, обеспечивающих автоматизированное проектирование, используется термин CAD-CAM-CAE-CAPP-PDM-ERP. Это сложное название состоит из аббревиатур, каждая из которых обозначает определенный вид системы.

  1.  CAD - computer aided design (проектирование);
  2.  CAM - computer automated manufacturing (производство);
  3.  CAE - computer aided engineering (технические расчеты);
  4.  СAPP - computer aided process planning (планирование технологических процессов);
  5.  PDM - product data management (управление информационными потоками об изделиях);
  6.  ERP - enterprise resource planning (система планирования ресурсов предприятия);

Этап проектирования конструкторской документации (CAD)

Компьютерные системы для автоматизации проектных работ этого этапа появились и стали широко использоваться вместе с появлением персональных компьютеров в 80-е годы. Уже в самом начале эти системы разделились на два направления: параметрические и непараметрические.

В непараметрических системах привязка всех элементов чертежа, отрезков прямых, окружностей и дуг окружностей, выполнялась на основе координатной сетки системы. Её можно было увеличить или уменьшить, отобразив в том или ином масштабе. Самой яркой непараметрической системой является Auto CAD.

Рассмотрим принцип формирования непараметрического чертежа на простом примере.

   а)                 б)

Рисунок 4 - Представление чертежа в разных системах: а) непараметрическая;

    б) параметрическая

Непараметрическая система:

Line X0Y0; X1Y1

Line X1Y1; X2Y2

Line X0Y0; X4Y4

Line X3Y3; X4Y4

Arc I5J5; X2Y2; X3Y3

Параметрическая система:

Point P1 X0Y0

Line L1 HOR P1

Line L2 VER P1

Line L3 PAR L1 l1

Line L4 PAR L2 l2

Circle C1 TL3 AL4 r1

K1 P1 TL2 TL3 TC1 AL4 AL1 P1

Обозначения в командах: Line – прямая линия, Arc – дуга окружности,

P – точка, L – обозначение прямой линии, HOR – горизонтально, VER вертикально, PAR  – параллельно, Circle – окружность, С – обозначение окружности, T – совпадение направления, A – противоположное направление, K – контур.

Положительным направлением для прямых считается «слева направо» и «снизу вверх» (как в координатных осях), положительным направлением для окружности считается «по часовой стрелке».

Пример описания команд:

Line L3 PAR L1 l1 – линия L3 строится параллельно L1 на расстоянии l1.

K1 P1 TL2 TL3 TC1 AL4 AL1 P1 контур K1 начинается из точки P1, идет по положительному направлению линии L2, затем L3, затем по окружности C1, затем по линии L4 в направлении, противоположном положительному направлению самой линии, затем по линии L1, также в противоположном направлении, и заканчивается в точке P1.

Для привязки отрезка прямой необходимо иметь 2 точки. Для привязки дуги окружности - 3 точки, а окружности - точку и радиус.

При выполнении геометрических построений система предложит несколько способов выполнения прямых и окружностей. После образования всей геометрии, элементы построения будут зафиксированы с помощью своих граничных точек.

В параметрических системах используется принципиально другой подход. Здесь также имеется базовая система координат, но к этой системе привязываются не все элементы чертежа, а только одна точка.

В процессе выполнения построений система запоминает взаимосвязи между элементами и способ построения всех элементов. При этом элементы оказываются построенными относительно друг друга, но каждому элементу соответствует своя команда.

Пример описания команд параметрической системы:

Line L3 PAR L1 l1 – линия L3 строится параллельно L1 на расстоянии l1.

K1 P1 TL2 TL3 TC1 AL4 AL1 P1 контур K1 начинается из точки P1, идет по положительному направлению линии L2, затем L3, затем по окружности C1, затем по линии L4 в направлении, противоположном положительному направлению самой линии, затем по линии L1, также в противоположном направлении, и заканчивается в точке P1.

Преимущества и недостатки непараметрических систем

Эти системы чрезвычайно легки в освоении. Они имеют множество инструментов, облегчающих выполнение чертежа (именно поэтому система KOMPAS 2D в России пользуется большой популярностью). Однако если чертеж сложный и его необходимо отредактировать, приходиться практически полностью перечерчивать чертеж.

Данные системы не позволяют на основе одного базового чертежа, иметь множество вариантов его исполнения.

Преимущества и недостатки параметрических систем

Эти системы более сложные. При выполнении чертежа приходится продумывать последовательность его выполнения, а также параметрические увязки всех элементов между собой. При неправильно созданном чертеже, существует опасность его вырождения при редактировании. Однако правильно сформированный чертеж обеспечивает чрезвычайно высокую гибкость для редактирования. На его основе возможно создание целой библиотеки различных вариантов исполнения деталей. Если выполняется сборочный чертеж, то благодаря параметризации очень легко подогнать детали друг к другу. У непараметрических систем этого не получится, т.к. придется редактировать входящие в сборку чертежи.

Этап проектирования конструкторской документации, традиционно заканчивается комплектом двухмерных чертежей и спецификацией, поэтому на раннем этапе развития CAD систем все усилия разработчиков САПР были сосредоточены на развитие систем класса 2D. Этому способствовало то, что для объемного отображения деталей требовалась значительная мощность персонального компьютера.

Развитие микропроцессорной техники в 90-е годы и появление процессоров Intel Pentium X486 и Intel Pentium Pro сделало возможным реализацию на персональном компьютере сложной трехмерной графики, поэтому в эти годы ведущие производители CAD систем один за другим стали предлагать трехмерные системы для автоматизации проектно-конструкторских работ. Одна из самых популярных систем Solid Works появилась именно в 90-е годы. В России системы класса 3D, стали внедряться в проектно-конструкторских работах в двухтысячные годы.

В 3D системах формирование детали осуществляется с помощью объемных операций.

  1.  Выталкивание. На сегодняшний день «выталкивание» позволяет выполнить операцию над листовым телом, и выполнить выталкивание с уклоном.

Рисунок 5 - Операция «выталкивание»

  1.  Вращение. Чрезвычайно удобная операция для формирования различных валов, втулок и др. деталей типа тел вращения.

Рисунок 6 - Операция «вращение»

  1.  Формирование тела по траектории.

Рисунок 7 - Операция «тело по траектории»

  1.  Формирование тела по сечению.

Рисунок 8 - Операция «тело по сечению»

  1.  Булевы операции объединения, вычитания и пересечения. С помощью операции «объединение», формируются тела, состоящие из нескольких тел. С помощью операции «вычитание» можно сформировать группу отверстий, полости внутри тела. С помощью операции «пересечение» формируется тело, в которое входят только общие части двух тел.

Рисунок 9 - Булевы операции

  1.  Сглаживание. Обеспечивает формирование фасок и скруглений на ребрах.

Рисунок 10 - Операции формирования 3D тел

В современных системах предлагается целый набор различных конструктивных элементов, отверстий различной формы, пазов, с помощью которых можно быстро и эффективно выполнить 3D модель проектируемой детали.

В настоящее время на рынке САПР имеются очень большой выбор систем класса 3D. Системы трехмерного твердотельного 3D моделирования позволяют:

  1.  существенно сократить время проектирования конструкторской документации и повысить его качество.
  2.  быстро отредактировать модель.
  3.  смоделировать работу изделия в целом и устранить конструктивные ошибки и недостатки до начала изготовления.
  4.  Разработать управляющие программы для станков с ЧПУ непосредственно по 3D модели.

В настоящее время имеется несколько десятков систем 3D моделирования. В России среди таких систем наиболее широко используются: Solid Works, Inventor, и Unigraphics. Лучшей отечественной системой 3D моделирования считается T-Flex CAD 3D. С ней по популярности конкурирует система KOMPAS 3D. Отечественные системы оказались лучше приспособленными для российского пользователя благодаря интерфейсу, а также лучшей приспособленности для разработки документации в соответствии с ГОСТ.

Этап выполнения технических расчетов (CAE)

Процесс разработки КД сопровождается выполнением разнообразных технических расчетов, с помощью которых определяются оптимальные размеры деталей и её нагрузочная способность.

Традиционно, для выполнения таких расчетов в проектных подразделениях существовал специальный отдел, в котором для автоматического выполнения расчетов используются различные пакеты программ. В зависимости от специфики проектных подразделений решение задачи может быть разным, поэтому в соответствии с требованиями к расчету существуют и разные программы осуществляющие его. Поэтому разработчики CAE систем выпускают свои системы в виде целого набора специальных модулей.

Системы класса CAE - наиболее сложные и наукоемкие из всех видов САПР. Среди зарубежных систем наиболее известны системы: ANSYS (США) и NASTRAN.

Эти системы обеспечивают выполнение следующих расчетов:

  1.  Конструкционные (механические расчеты);
  2.  Термические;
  3.  Гидрогазодинамические;
  4.  Электростатические, электромагнитные;
  5.  Междисциплинарные задачи;

Область применения:

  1.  Аэрокосмическая;
  2.  Автомобильная;
  3.  Машиностроение (станки, тяжелое оборудование, турбины, электрооборудование);
  4.  Морская техника;
  5.  Нефтегазовая отрасль;
  6.  Проектирование мостов и зданий;
  7.  Энергетика;
  8.  Электроника и приборостроение 
  9.  Биомедицинская

Особенность механических расчетов в этой системе состоит в том, что учитывается предельная нагруженность, при которой упругие деформации начинают переходить в пластические.

Задачи расчета конструкций

  1.  Модули ANSYS/Multiphysics, ANSYS/LS-DYNA, ANSYS/Mechanical, ANSYS/Structural, ANSYS/Professional, ANSYS/DesignSpace):
  2.  Cтатический и динамический анализ конструкций с учетом нелинейного поведения материалов, включая ползучесть, большие пластические деформации, значительный изгиб, сверхэластичность, накопление остаточной деформации при циклическом нагружении, изменяющиеся условия контакта;
  3.  Определение собственных мод и резонансных спектров вынужденных колебаний, а также смещений и напряжений по известным вибрационным спектрам;
  4.  Динамический анализ переходных процессов и точный динамический анализ, моделирующий большие деформации в тех случаях, когда значимыми становятся силы инерции — ударное нагружение, дробление, быстрая формовка и т.п.
  5.  Контактные задачи (поверхность-поверхность, узел-поверхность, узел-узел, cтержень-стержень).
  6.  Задачи потери устойчивости конструкций.

Стоимость таких систем (полный комплект модулей) может достигать 30000€.

В России также имеются системы класса CAE. Сравнительный анализ, выполненный на основе расчета аналогичных конструкций показывает, что российские системы как минимум не уступают зарубежным. Одной из наиболее мощных систем класса CAE считается система Win Machine, разработанная в МГТУ им. Баумана.

Данная система специализируется на следующих расчетах:

  1.  энергетических и кинематических параметров;
  2.  прочности, жесткости и устойчивости;
  3.  выносливости при постоянной и переменной внешних нагрузках;
  4.  вероятности, надежности и износостойкости;
  5.  динамических характеристик;

Система имеет модульную структуру и в зависимости от решаемых задач пользователь может приобрести нужный набор модулей. Всего в систему входит 11 модулей:

  1.  проектирование приводов (APM Drive)
  2.  проектирование подшипников (APM Bear)
  3.  проектирование валов и осей (APM Shaft)
  4.  проектирование зубчатых, червячных, ременных и цепных передач (APM Trans)
  5.  проектирование кулачковых и мальтийских механизмов (APM Cam)
  6.  расчет напряженно-деформированного состояния и динамики конструкций (APM Structure3D)
  7.  расчет балочных элементов конструкций APM Beam
  8.  проектирование резьбовых, сварных, заклепочных соединений (APM Joint)
  9.  проектирование пружин (APM Spring)
  10.  проектирование рычажных механизмов (APM Slider)
  11.  расчет винтовых, шарико-винтовых и планетарных передач (APM Screw)

Последний вид расчета отличается высокой сложностью и затратами машинного времени. Он основан на конечных элементах.

Рисунок 11 - Конечный элемент

Вся конструкция разбивается на конечные элементы, чем мельче элемент, тем точнее расчет, но при этом и гораздо выше время его исполнения. Взаимодействие соседних конечных элементов описывается системой линейных алгебраических уравнений. Таким образом, система конечно-элементного анализа разбивается на 3 части:

  1.  Модуль формирования сетки конечных элементов.

Рисунок 12 - Сетка конечных элементов

Рисунок 13 - Конструкция и ее анализ

  1.  Модуль формирования системы линейных алгебраических уравнений и её решения.
  2.  Модуль интерпретации результата расчета.

Кроме описанной системы Win Machine, имеется также целый ряд других программ. Многие разработчики CAD систем создают свои собственные CAE системы, пусть и не охватывающие весь спектр расчетов. Так, например, в состав комплекса T-Flex также входит CAE система конечно-элементного анализа. Она обеспечивает расчет деформации под действием статических нагрузок, поведение конструкции под действием динамических нагрузок, термические расчеты.

Рисунок 14 - Структура системы

Этап разработки программ для станков с ЧПУ (САМ)

Эти системы самые многочисленные, их общее количество составляет несколько десятков и приближается к сотне. Одну из таких систем мы изучали в прошлом году - система PEPS CAM.

CAM системы также имеют модульную структуру. Модули ориентируются на определенный вид обработки и уровень сложности этой обработки. По видам обработки модули делятся на: токарную, фрезерную, для токарных обрабатывающих центров, сверлильно-расточную, электроэрозионную, лазерную.

Виды обработки реализуются разными модулями, в зависимости от количества управляемых осей они подразделяются на:

  1.  2D токарные;
  2.  2,5D фрезерные;
  3.  2,5D электроэрозионные (проволочные);
  4.  3D фрезерные;
  5.  4D для токарных обрабатывающих центров;
  6.  5D фрезерные;
  7.  5D для токарных обрабатывающих центров;
  8.  5D лазерные;

Кроме систем для станочной обработки имеется ряд систем для автоматизации других видов обработки, это так называемые литейные пакеты, обеспечивающие моделирование процесса заливки жидкого металла, его кристаллизации и моделирования формы готовой детали. Также существуют пакеты для моделирования ковки и горячей объемной штамповки (ГОШ).

Этап проектирования маршрутно-операционных технологий (CAPP)

Разработка маршрутно-операционных технологий выполняется сотрудниками ОГТ или технологического бюро. Традиционно эта работа заключалась в ручном заполнении бланков МОК имеющих стандартную форму.

В советское время на предприятиях существовали многочисленные отделы АСУ с надлежащим штатом программистов. Этими силами разрабатывались специализированные САПР, ориентированные на особенности и традиции данного предприятия.

В 90-е годы началась резкое сокращение штатов АСУ и ОГТ. САПР, разработанные на старой компьютерной технике, уже не могли использоваться. В это время на рынке САПР появились системы, максимально унифицированные для проектирования технологий. Наиболее легким вариантом реализации такой системы, было использование диалогового режима. Подавляющее большинство систем класса CAPP  поддерживают диалоговый режим.

Проектирование ТП в диалоговой системе

В начальный период освоения САПР ТП процесс проектирования сводится к выбору необходимых данных из базы данных. Он разбивается на стадии:

  1.  Ручное проектирование маршрута состава операций и переходов (без САПР).
    1.  Ввод операций и оснащения операций в САПР.

В соответствие со стандартом оснащением операций может быть оборудование (станок), приспособление (патрон, тиски), СОЖ, вспомогательный материал. Также, в каждой операции обязательно указывается шифр инструкции по ТБ.

  1.  Ввод в систему переходов на каждую операцию. Особенностью систем САПР является то, что переходы вводятся на основе шаблонов (Например, «Точить поверхность {E} с диаметра {D} на длине {L}, выдерживая размер {X}»). После выбора шаблона геометрия и другие параметры вводятся как значения переменных. Непосредственный ввод в переход числовых значений, приводит к перегрузке базы данных (БД) лишней информацией, неудобству работы пользователя с большими таблицами, полными дублированной информацией. Оснащением переходов может быть режущий, измерительный, сборочный и вспомогательный инструмент.

Нормирование ТП, обычно на основе стандарта или СТП, определяет оптимальные режимы резания для данного материала заготовки, используемого инструмента, точности обработанной поверхности. Для определения нормы времени используются таблицы, в которых в зависимости от геометрических размеров поверхностей указываются укрупненные нормативы времени. Аналогичные таблицы имеются и для вспомогательного времени. Завершается процесс расчетом штучного времени для каждой операции.

Для ввода данных в ТП существует 3 способа:

  1.  Непосредственное обращение к БД, ручной поиск и ввод.
  2.  Комплексный ввод, когда в БД вводятся начальные буквы исходных данных и система подыскивает наиболее подходящие. Этот способ удобен для ввода наименований операций.
  3.  Использование фильтра (например, сверло имеет обозначение ГОСТ 7485 -82 D4,8 L100 мм, тогда его поиск в БД можно выполнить по цифрам, содержащимся в ГОСТе: *7485*).

Такой процесс проектирования характерен лишь для начальной стадии освоения системы, впоследствии БД становится все полнее и полнее. В итоге она будет содержать все оснащение, используемое на данном предприятии, а главное - библиотеку технологических процессов (ТП), которые можно будет использовать в качестве аналога.

На сегодняшний день на рынке CAPP систем наиболее известны следующие системы:

  1.  ADEM ТП (Москва, Ижевск)

Первоначально система создавалась как CAM система фрезерной обработки, впоследствии сюда был добавлен модуль проектирования маршрутно-операционных технологий. Система использует традиционную структуру описания технологического процесса (ТП) в виде дерева. Автоматизация представлена на уровне поиска данных в БД, формирования готовых карт и возможности ввода размеров с чертежа.

Дерево ТП

Рисунок 15 - ADEM ТП

  1.  TechCard (Интермех, Минск)

Первый вариант данной системы была разработан в 80-е - 90-е годы. В последствие была адаптирована, как и ADEM ТП, с учетом новых возможностей компьютеров и операционных систем.

Система облегчает поиск оборудования и просмотра данных об оборудовании и оснащении. ТП создается в системе в виде дерева.

Оборудование

Материалы

Инструмент

Дерево ТП

Готовая карта

Рисунок 16 – TechCard

  1.  SPRUT ТП (SPRUT – Технология, Набережные Челны, Москва )

Данная система по принципу ввода данных в ТП принципиально отличается от всех остальных. Если в остальных системах сначала вводится дерево технологического процесса, с заполненным оснащением и нормами времени, то здесь технолог непосредственно заполняет технологическую карту. На экране отображается интерактивный бланк карты. В зависимости от того, куда наведен курсор, система выдает подсказки, что именно должно быть введено в данное поле. При этом система выводит фрагмент БД, содержащий данную информацию. Ввиду того, что процесс работы с заполнением карт очень похож на ручное заполнение карты, технологи очень быстро осваивают эту систему.

Заполнение из справочника

Рисунок 17 - SPRUT ТП

  1.  APPIUS (APPIUS, Москва)

Особенностью этой системы является то, что она полностью интегрирована в PDM систему «1С предприятия». Система была разработана бывшими сотрудниками фирмы «АСКОН», разработавших систему KOMPAS и её технические приложения - «Автопроект» и «Вертикаль».

Проектирование ТП, особенно сборочных ТП, осуществляется исходя из структуры изделия.

Структура изделия

Маршрут

Рисунок 18 – APPIUS

  1.  Вертикаль (АСКОН, С-Петербург)

Рисунок 19 - Вертикаль

  1.  T-FLEX Технология (Топ Системы, Москва)

PDM системы

PDM система обеспечивает организацию всей работы на предприятии, через проектное подразделение. Эти системы обеспечивают весь документооборот касающийся проектирования и изготовления всей номенклатуры выпускаемых изделий.

Функции, выполняемые PDM системами:

  1.  Хранение состава изделий в виде каталогов. Для каждого изделия вводится состав его узлов, вплоть до всех входящих в него деталей и покупных комплектующих. Для каждой детали должны храниться чертежи и сборочная документация. В процессе проектирования в каталог (папку) детали добавляют ТП, управляющую программу для станка ЧПУ и 3D модель. PDM система должна поддерживать работу всех систем класса CAD, в которых могла быть создана конструкторская документация. Наряду с «родной» системой она поддерживает и расширения конкурентов.
  2.  Хранение БД об оборудовании, оснащении, материалах и т.д., необходимых для производства.
  3.  Обеспечение процесса проектирования и изготовления. Сюда войдет рассылка через электронную почту, техническое задание (ТЗ) на проектирование конструкторской документации (КД), управляющих программ ЧПУ. Также система обеспечивает контроль за сроками изготовления выполнения заданий.
  4.  Хранение архивов конструкторской и технологической документации, т.е., система должна по каждому изделию хранить КД всех модификаций, которые обычно создаются на основе заявлений об изменении, а оформление путем выпуска извещений, т.е. работа с извещениями.

Российские PDM:

  1.  ЛОЦМАН:PLM
  2.  T-FLEX DOCs
  3.  APPIUS PDM (1С:PDM)
  4.  TechnologiCS
  5.  TDMS
  6.  Lotsia PLM
  7.  PDM Step Suite
  8.  SWR-PDM

Белорусская PDM: Search PDM (Intermech)

Тяжелые системы проектирования сложных изделий машиностроения

Эти системы появились за рубежом и предназначались для проектирования таких изделий как автомобиль, бронетранспортер, целой группой разработчиков.

Системы основаны на создании полного параметрического электронного макета изделия, в состав которого могут входить десятки тысяч деталей. На входящие узлы раздаются задания, при этом оговариваются габариты, входные и выходные характеристики. По мере готовности входящих узлов, собирается электронный макет всего изделия. Тяжелая система включает в себя CAD-3D, CAM и CAE системы.

Система CAM должна включать в себя модули всех видов обработки (фрезерная, токарная, ОЦ, электро-эрозионная, лазерная). Обработка должна обеспечить до 5 координат одновременно. Система позволяет спроектировать заготовку (литейную, штамповочную) по модели детали. Управление работой проектного подразделения в тяжелой системе осуществляется с помощью PDM систем. За счет параллельной работы всех участников проекта в разы сокращается срок проектирования готового изделия, а за счет параметризации и возможности моделирования работы изделия, сокращается срок освоения изделия в производстве.

В начале 2000-х годов специалистами выделялись след. 4 тяжелые системы:

  1.  Unigraphics
  2.  Pro/Engineer
  3.  I-deas
  4.  Catia

В  настоящее время системы Unigraphics и I-deas слились в одну САПР NX.

Основными условиями тяжелой системы является полная интеграция систем CAD, CAM и CAE, которая достигается в случае их реализации одной фирмой - разработчиком.

Рисунок 20 - Ведение базы данных

Рисунок 21 - Ведение состава изделия

Рисунок 22 - Управление документооборотом


Принципы создания САПР

  1.  САПР создаётся как человеко-машинная система, в которой компьютер выполняет все умственно-формальные действия (выполнение расчётов, перебор вариантов), а человек – творческие. Для интеграции человека и компьютера должен обеспечиваться удобный интерфейс («дружественный»).
  2.  САПР создаётся как развивающаяся система. В своём развитии системы обогащаются новыми алгоритмами, базами данных, интерфейсами, функциональными возможностями. Основные этапы фиксируются в версиях (релизах), например, в 2006 году вышла версия 6 системы T-FLEX. Седьмая версия уже использовала новое геометрическое ядро Parasolid.

В настоящее время готовится к выпуску двенадцатая версия (T-Flex 2010).

При этом, результаты, полученные в предыдущих версиях, должны открываться и в последующих (но не наоборот).

  1.  САПР создаётся как иерархическая структура. При этом, данный принцип относится как к аппаратным средствам, так и к программным.

Аппаратные – сервер и рабочие станции. Программные – серверные и клиентские части. Кроме того, структура программного обеспечения представляет собой дерево. На верхнем уровне главная программа – монитор -  управляет подсистемами, вызывая их по мере необходимости. Те, в свою очередь, работают с программными модулями.

  1.  Информационная совместимость. На предприятиях очень часто информационное пространство для автоматизации проектных работ создают с помощью разных САПР («лоскутная автоматизация»).

Чтобы система была целостной, нужно, чтобы системы могли обмениваться информацией и результатами проектирования. Файл, в который выводится результат проектирования одной системы, должен быть прочитан в другой. Это делается с помощью унифицированных форматов данных.

Виды обеспечения САПР

Различают 7 видов обеспечения САПР:

  1.  методическое;
  2.  математическое;
  3.  информационное;
  4.  лингвистическое;
  5.  программное;
  6.  техническое;
  7.  организационное.

К методическому обеспечению относят документацию, в которой описываются функциональные возможности САПР и весь процесс проектирования на примерах:

  1.  руководство пользователя – описывает функционал системы;
  2.  методические пособия по проектированию с использованием данной САПР;
  3.  видеоролики, демонстрирующие процесс работы в системе.

Математическое обеспечение – набор формул, неравенств, графов, алгоритмов, которые используются для описания технологических процессов. Например, формулы расчёта режимов резания, неравенства и целевая функция для решения задачи оптимизации, графы и алгоритмы, описывающие структуру и порядок выполнения технологического процесса.

Информационное обеспечение

Под информационным обеспечением понимают всю информацию, которая используется при проектировании. Это справочная информация, которую читает человек и информация, которая вводится системой в проектируемый технологический процесс.

Вся информация хранится на сервере в виде базы данных. Это:

  1.  наименования операций;
  2.  шаблоны текстов переходов;
  3.  сведения об оснащении операций и переходов (оборудование, приспособления, режущий, измерительный, сборочный, вспомогательный инструмент, материалы);
  4.  шифры инструкций по технике безопасности;
  5.  наименование цехов, участков, профессий.

Данную информацию система выбирает из базы и вводит в технологический процесс. Кроме того, в базе данных хранятся текстовые документы – классификаторы, СТП (стандарты предприятия), справочники.

База данных хранится на сервере, что обеспечивает к ней доступ всех рабочих станций (рабочих мест технологов и конструкторов).

Проектирование технологических процессов в большинстве систем выполняется в диалоговом режиме. Однако в некоторых системах допускаются и автоматические и полуавтоматические способы проектирования. В этом случае в базе данных кроме собственной информации должны так же храниться алгоритмы проектирования. Такая база данных превращается в базу знаний.

Принципы создания баз данных

  1.  Минимальная избыточность.

Каждый элемент данных (оборудование, инструмент, шаблон текста перехода и т.д.) должен храниться в единственном экземпляре. Кроме того, что это экономит пространство диска, это ещё и обеспечивает систематизацию хранения информации и работы САПР.

  1.  Структура дерева.

Вся информация хранится в многоуровневых каталогах. Сами данные располагаются в электронных таблицах самого нижнего уровня. Количество уровней – до 10 и более (рисунок 23).

Рисунок 23 – Структура дерева

  1.  Защищённость.

Бывает логическая и физическая. Последняя реализуется путём параллельной работы двух жёстких дисков и создания резервных копий. Логическая защищённость обеспечивает защиту от некорректных действий пользователя.

Для логической защиты БД назначают разные уровни доступа для разных категорий пользователей. Возможно несколько уровней доступа пользователей:

  1.  только чтение;
  2.  возможность ввода новых данных;
  3.  возможность редактирования уже имеющихся данных;
  4.  возможность удаления данных (такой доступ называют полным административным).
  5.  Секретность.

Поскольку база данных общая, то могут возникнуть ситуации, когда какие-то её разделы могут быть доступны ограниченному кругу пользователей. Права по доступу к тем или иным разделам прописываются администратором базы данных.

  1.  Независимость.

Этот принцип обеспечивает работу нескольких пользователей с одной базой данных. При этом, изменения, внесённые одним, становятся доступны всем остальным.

Понятия «объект», «экземпляр», «атрибут», «ключ»

Данные хранятся в электронных таблицах, структура которых отличается от привычного нам вида (рисунок 24). Недопустимо объединение строк и столбцов. Это необходимо для однозначного поиска нужных данных.

Рисунок 24 – Таблицы данных

  1.  объект – то, что описано в таблице (инструмент, приспособление, норма времени и т.д.);
  2.  экземпляр – одна строка таблицы;
  3.  атрибут – столбец таблицы;
  4.  ключ – столбец, однозначно определяющий экземпляр (порядковый номер, или обозначение по ГОСТу).

Лингвистическое обеспечение САПР

Лингвистическое обеспечение – набор языков, использующихся для создания и эксплуатации САПР. Языки делят на 2 группы: программирования и проектирования.

Языки программирования используют разработчики САПР для создания программного обеспечения (рисунок 25). Это универсальные языки, такие как C++,C#, Delphi.

Рисунок 25 – Классификация языков

Языки проектирования разрабатываются программистами фирмы-автора данной САПР и используются для передачи данных об объекте проектирования и о результатах проектирования. Входные языки описывают объект проектирования; промежуточные – формируют файлы, с помощью которых подсистемы САПР передают друг другу результаты их работы; выходные – обеспечивают вывод результатов проектирования (рисунок 26).

Рисунок 26 – Место языков в системе САПР

Языки зависят от того, что является объектом проектирования: NC-программа или маршрутно-операционный технологический процесс. Например, для NC-программы важны обрабатываемые контуры, состоящие из прямых и дуг окружностей, а так же группы отверстий, создаваемые их центрами. Для маршрутно-операционного технологического процесса деталь создаётся по-другому – набором обрабатываемых поверхностей. Описать деталь можно с помощью набора команд или в виде таблицы. В первом случае язык будет текстовый, во втором – табличный.

Пример описания геометрии детали на текстовом языке в CAM-системе:

  1.  Point P1 X100 Y20
  2.  Line S1 Hor P1
  3.  Line S2 Par S1 100
  4.  Line S3 Ver P1
  5.  Circle C1 A S1 T S3 R50

При описании детали в виде набора обрабатываемых поверхностей (рисунок 27), вид языка зависит от того, какая классификация обрабатываемых поверхностей принята в данной САПР. Например, в системе T-FLEX технология поверхности описываются в следующем виде:

1 – внутренняя или наружная;

2 – вид поверхности (цилиндрическая, отверстие, фаска, торцовая, фасонная, канавка, плоская, конусная и т.д.);

3 – тип поверхности, её расположение (правая, левая, передняя, задняя, верхняя, нижняя, заготовка);

4 – порядковый номер поверхности.

Рисунок 27 – Описание комплексной детали в виде комплекта обрабатываемых поверхностей

Каждая поверхность, в свою очередь, описывается набором геометрических и точностных параметров. Так, для торцовой поверхности это будет её диаметр и габаритный размер, который надо выдержать при торцевании.

Например, деталь типа «втулка» может быть описана с помощью технологического языка T-FLEX Технология в следующем виде:

Нр Цилиндрическая Правая 1 D50 h9 L100

Нр Торцовая Правая 1 D55 GB 102

Нр Торцовая Левая 1 D55 GB 100

Вн Цилиндрическая Правая 1 D20 h12 L100

Нр Фаска Правая 1 L3 D50 B45

Нр Фаска Левая 1 L3 D50 B45

Попробуем восстановить деталь по описанию (рисунок 28).

Рисунок 28 – Деталь, описанная на языке T-FLEX Технология

На основе моделей система будет выбирать те переходы, которые обрабатывают указанные поверхности. Именно поэтому в описании есть две поверхности: торцовая правая и торцовая левая. По ним видно, что заготовка имеет диаметр ∅55 и при торцевании правого торца необходимо оставить 2 мм для левого.

Одна и та же деталь в зависимости от параметров точности может содержать или не содержать отдельные обрабатываемые поверхности

Так, если длина цилиндрических поверхностей у ступенчатого вала задана точно, например, с допуском, меньшим 0,1, то торцы этих поверхностей нужно обрабатывать специально. Автоматически при точении меньшего диаметра не получится заданная точность. Значит, в описание детали нужно вводить поверхность «Нр. Уступ Левая (Правая) 1» (рисунок 29).

Нр Уступ Правая 1

Нр Уступ Левая 1

Рисунок 29 – Добавление в модель детали поверхностей типа «Уступ»

Эта особенность описания детали в T-FLEX технологии следует из принципов её работы, то есть каждый обрабатывающий переход должен быть привязан к обрабатываемой поверхности.

С помощью принципа привязки система будет автоматически включать в технологический процесс только те переходы, которые нужны для обработки конкретной детали. Описание параметров обрабатываемых поверхностей осуществляется с помощью переменных. В системе T-FLEX технология они имеют сложный синтаксис.

Для обеспечения работы система даёт пользователю возможность работать с деревом параметров. Указав нужный параметр, вы получаете точное его обозначение на технологическом языке (рисунок 30).

Рисунок 30 - Технологический язык описания параметров поверхностей в системе  T-Flex Технология

Табличные языки

Если в текстовом языке обязательно присутствуют команды, а затем их параметры, то в табличном языке команды описываются в виде строк таблицы (рисунок 31). Каждый столбец таблицы соответствует определённому параметру команды.

Рисунок 31 – Табличные языки

Выходные языки

Этот вид языков используется для представления результатов проектирования. Для управляющих программ станков с ЧПУ в основном используется универсальный международный язык ISO 7 bit. В некоторых системах вместо NC-кодов используют другой универсальный язык – GTL.

В системах проектирования маршрутно-операционных технологий используются другие языки, например, язык описания документов, используемый в MS Word (*.doc). Так же может использоваться и собственный язык, если для формирования карт система берёт собственную CAD-систему. Например T-FLEX Технология формирует карты с помощью T-FLEX CAD. Соответственно, карты описываются на языке формирования чертежей (*.grb).

Таким образом, выходные языки могут быть как собственной разработки, так и универсальные.

Промежуточные языки

Промежуточные языки используются для передачи информации между проектирующими подсистемами САПР. Чаще всего проектирующие подсистемы обмениваются данными на языке собственной разработки. Однако, могут использоваться и универсальные языки. Примером универсального языка, используемого в качестве промежуточного, является CLDATA. Этот язык был разработан вместе с появлением точных систем ЧПУ класса CNC и все разработчики CAM-систем используют его. На этом языке формируется обобщённая управляющая программа без конкретизации стойки ЧПУ станка. Подсистема, формирующая программу, называется «процессор». Обобщённая программа из процессора подаётся в постпроцессор, который уже формирует программу для конкретного станка, стойки ЧПУ.

Ещё одним параметром универсального промежуточного языка служит язык описания файлов геометрии детали с расширением *.dxf.

Программное обеспечение САПР

Этот вид обеспечения включает в себя все комплексы программ, которые используются при создании и эксплуатации САПР. Программное обеспечение (ПО) делится на два больших класса: системное ПО и прикладное ПО (рисунок 32).

Рисунок 32 – Классификация программного обеспечения

Системное ПО обеспечивает работу компьютера и вычислительной сети в целом. Это взаимодействие человека с компьютером, работа аппаратных средств компьютера, организация взаимодействия программ в процессе работы компьютера.

  1.  Системное ПО делится на 4 основных вида.
  2.  Операционные системы. Наиболее важный вид системного ПО, без которого в принципе невозможна работа компьютера. Поскольку САПР технологических процессов в последнее время, в основном, сетевые, то и операционные системы (ОС) должны быть достаточно мощными. Если количество компьютеров в проектном подразделении больше 10, то такие популярные ОС как Windows XP уже не подходят. На сервере необходимо устанавливать более мощную ОС, такую как Windows Server.
  3.  Операционные оболочки. До появления ОС Windows 95 операционные оболочки играли очень важную роль. Они обеспечивали взаимодействие человека и компьютера через удобный и понятный табличный интерфейс. Все оболочки назывались *COMMANDER.

Windows 95 была первой ОС, которая взяла на себя функции операционной оболочки. Тем не менее, операционные оболочки остаются актуальными. Они востребованы и применяются для более системного использования компьютера (все профессионалы работают, в основном, в операционных оболочках). Типичной операционной оболочкой является Total Commander. В оболочке открывается одновременно 2 каталога. Операционные оболочки облегчают процессы копирования и удаления файлов.

  1.  Системы программирования. Рядовой пользователь САПР не имеет дело с системами программирования, он работает с готовыми скомпилированными системами. Однако, без систем программирования невозможно создание ни одной САПР. Это такие среды, как C++,C#, Delphi. Подавляющее большинство современных САПР создаётся именно в этих средах.
  2.  Программы-утилиты. Это специализированные программы, ориентированные на какую-то узкую задачу. Имеются целые комплексы программ-утилит. Утилитами являются программы-архиваторы (например, WinRar), программы форматирования и другие известные программы.
  3.  Прикладное ПО (ППО)

ППО так же называют пакетами прикладных программ, поскольку обычно это целые системы, комплексы программ. ППО делится на 3 вида.

1. ППО общего назначения включают в себя 4 вида систем:

- текстовые редакторы (напр., MS Word, Блокнот);

- редакторы электронных таблиц (напр., MS Excel);

- системы управления базами данных - СУБД (напр., MS Access);

- графические редакторы (напр., Paint).

При автоматизированном проектировании основной объём работ выполняется прикладными пакетами и самую важную роль выполняют проблемно-ориентированные пакеты. Тем не менее, часть задач может выполняться с использованием других пакетов, в частности – общего назначения.

Текстовые редакторы могут использоваться для формирования маршрутно-операционных карт или текстов технологических процессов. Например, комплект маршрутно-операционных карт в системе «Техно-Про» формируется с помощью MS Word. Последний релиз комплекса T-Flex также обеспечивает формирование технологической документации, в том числе, и в MS Word.

Редакторы электронных таблиц так же могут выполнять вспомогательную роль. В MS Excel формируются таблицы с данными, которые затем экспортируются в PDM-систему САПР.

Кроме того, часть задач автоматизированного проектирования может решаться непосредственно с помощью электронных таблиц. Благодаря большому объёму вычислительных функций, в них удобно делать различные расчёты, например, расчёт режимов резания. Причём, эти расчёты создаются самими пользователями.

Системы управления базами данных. Эти системы являются частью любой САПР и обеспечивают хранение информации. В некоторых системах используются СУБД собственной разработки.

Но большая часть САПР используют для этой цели универсальные СУБД общего назначения, например, «Oracle» или «SQL-сервер». Эти СУБД используются в большинстве современных систем САПР, если они реализованы в сетевом исполнении «клиент-сервер» (в т.ч. и в комплексе T-Flex).

Графические редакторы. С помощью графических редакторов общего назначения решается задача по отображению эскизов, выполненных в унифицированных формах. Кроме того, эти редакторы используются для отображения документации, отсканированной с бумажного носителя.

2. Методо-ориентированное ППО

Эти пакеты основаны на использовании каких-либо математических методов расчёта. Все расчетные пакеты программ являются методо-ориентированными. К ним, в частности, относятся и все системы CAE. При выполнении расчётов могут также использоваться универсальные системы типа MathCAD и MathLAB.

3. Проблемно-ориентированное ППО

Практически, основную часть работы при решении задач САПР осуществляют проблемно-ориентированные пакеты. Они и по стоимости составляют основную часть затрат по приобретению программного обеспечения САПР. К этим пакетам относят все системы класса CAM, CAD, CAPP.

Структура проблемно-ориентированного пакета. На самом верхнем уровне находится программа-монитор (рисунок 33). Эта программа отвечает за взаимодействие САПР с операционной системой компьютера и пользователем. Она является центральным управляющим центром всей системы (программа - «начальник»).

Рисунок 33- Структура проблемно-ориентированного пакета

Остальные подсистемы делятся на подсистемы общего назначения и проектирующие подсистемы. К первым относят графическую, диалоговую подсистемы и базу данных, ко вторым – все остальные подсистемы (1-n).

Монитор по очереди запускает работу проектирующих подсистем. При этом он организует их взаимодействие между собой и с подсистемами общего назначения. Каждая проектирующая подсистема выполняет часть всей работы по проектированию и передаёт свои результаты следующей проектирующей подсистеме. Последняя подсистема оформляет все результаты проектирования. Например, если это пакет для разработки NC-программ, то первой подсистемой будет подсистема ввода геометрии детали, затем будет работать подсистема расчёта эквидистанты и формирования перемещений инструмента, затем – подсистема технологических команд, затем подсистема-процессор, которая формирует унифицированную управляющую программу без привязки к конкретной системе ЧПУ. Она передаёт результаты в постпроцессор – подсистему, которая формирует NC-код управляющей программы для конкретного станка.

Разработчик САПР формирует библиотеку унифицированных программных модулей. Эти модули разрабатываются в кодах системы программирования, например в системе T-FLEX такой библиотекой является библиотека API-функций.

Подсистемы используют эти модули в своей работе. Можно сказать, что если подсистемы – специализированные, то программные модули – унифицированные.

Техническое обеспечение САПР

К техническому обеспечению (ТО) относят все технические средства, необходимые для работы проектного подразделения в САПР. Прежде всего, это компьютеры, которыми оснащаются рабочие места. В терминологии САПР они именуются рабочими станциями.

На верхнем уровне локальной вычислительной сети (ЛВС) проектного подразделения располагаются серверы. Кроме компьютеров к ТО так же относят:

- средства передачи данных в ЛВС – электронные коммутаторы, сетевые карты;

- средства для ввода в архив бумажной документации – сканеры. С помощью сканеров осуществляется формирование копий чертежей в виде картинок. Затем, с помощью специальных программ-векторизаторов, картинка преобразуется в набор линий – векторов. Такие файлы гораздо меньше в объёме и их уже можно использовать для автоматизированного проектирования.

- средства оформления документации на бумажном носителе – принтеры различных форматов (от А4 до А1), плоттеры.

Структура ЛВС в проектных подразделениях САПР

  1.  Централизованная структура

Эта структура была характерна для начального этапа развития САПР (рисунок 34). Всё проектирование выполняла одна центральная ЭВМ, к которой подключались автоматизированные рабочие места (АРМ). В качестве АРМ использовался пассивный монитор с клавиатурой, а впоследствии и персональный компьютер, работавший в терминальном режиме. Отголоски этой структуры – в использовании термина «АРМ».

Рисунок 34 – Централизованная структура ЛВС

  1.  Одноранговая ЛВС

В 80-90 годы распространение получила одноранговая структура (рисунок 35).

Рисунок 35 – Одноранговая структура ЛВС

В этой структуре все рабочие станции имеют одинаковые права. Одна из рабочих станций может использоваться в качестве хранилища документации – файлового сервера. Через сетевой кабель любой разработчик может обмениваться результатами проектирования со своими коллегами. Для защиты авторских прав каждая установка САПР на каждой рабочей станции сопровождается электронным ключом, устанавливаемым на конкретном компьютере. Обычно в такой сети работали с самыми разными САПР.

  1.  Клиент-серверная ЛВС

Постепенно произошёл переход от одноранговых ЛВС к структурам ЛВС с сервером. Это было связано с необходимостью в создании единого информационного пространства для всех участников разработки, то есть практически произошёл возврат к централизованной структуре, только на более высоком уровне (рисунок 36).

Рисунок 36 – Клиент-серверная ЛВС

Здесь серверы могут выполнять различные задачи, в том числе работать с разными САПР. Один из серверов является хранителем PDM-системы. На серверах устанавливается серверная часть программного обеспечения. Подключение рабочих станций к ЛВС осуществляется через электронные коммутаторы. Хаб – тоже электронный коммутатор, организующий взаимодействие в проектном подразделении (обычно 8-16 каналов). Принтеры в такой структуре обычно в общем пользовании. Отдельное место занимает группа оформления технической документации, оснащаемая высококачественной множительной техникой.

Организационное обеспечение САПР

К этому виду обеспечения относят набор документов, регламентирующий работу проектного подразделения с использованием данной САПР. Обычно они оформляются в виде СТП, которые описывают форму документации, содержание технического задания, порядок взаимодействия подразделений в процессе проектирования, порядок внесения изменений и других организационных вопросов.

Математические основы описания структуры технологического процесса

ТП механосборочного производства по своей сути является дискретным. Он разбивается на последовательность технологических преобразований, выполняемых друг за другом. Под технологическими преобразованиями понимаются операции и переходы. Поэтому для описания структуры ТП удобно использовать теорию графов.

Граф как основа структурно-логических моделей (СЛМ) ТП

Рисунок 37 – Граф как основа СЛМ

Существует два варианта интерпретации вершин и ребер графа:

  1.  Вершинам графа соответствуют промежуточные состояния заготовки в процессе ее обработки. В этом случае ребрам соответствуют технологические преобразования.
  2.  Вершинам графа соответствуют сами технологические преобразования. В этом случае ребра показывают последовательность их выполнения.

Данный пример графа описывает процесс получения точного отверстия в отливке с отверстием.

1 – контроль заготовки

4, 5 – рассверливание и развертывание

2 – протягивание

3 – контроль детали

Графы применимо к ТП м/с производства называют структурно-логическими моделями. Структурно – так как модель описывает структуру ТП. Логические – так как для описания модели используется алгебра логики.

Различают три основных вида структурно-логических моделей:

- табличные СЛМ;

- сетевые СЛМ;

- перестановочные СЛМ.

ТАБЛИЧНЫЕ СЛМ

Используют для типовых или стандартизованных ТП. Они отличаются тем, что последовательность технологических преобразования задана жестко. Табличные СЛМ можно,  например, использовать для описания ТП обработки несложных деталей на прутковом токарном автомате.

Рисунок 38 – Табличная СЛМ

СЛМ указывает последовательность выполняемых технологических преобразований и взаимосвязь между этими преобразованиями и приобретаемыми свойствами деталей. В данном случае обрабатываемые поверхности с выполняемыми технологическими переходами. На чертеже через F1 – F8 обозначены обрабатываемые поверхности. СЛМ обработки выглядит следующим образом:

 

Рисунок 39 – Структурно-логическая модель: - подрезка торца F1, - точение соответственно F2 и F3, - сверление F4, - получение F5 путем рассверливания, - зенкерование и получение F6, - точение F7, - отрезка и получение F8

Для представления СЛМ в электронном виде в компьютере используются две матрицы: матрица взаимосвязи и матрица последовательности. Матрица взаимосвязи показывает, какое технологическое преобразование τ с каким свойством F (обрабатываемой поверхностью) детали связано. Матрица последовательности показывает, в какой последовательности должны выполняться технологические преобразования τ. Взаимосвязь между i-м и j-м элементом обозначается с помощью логических 1 и 0, при этом i-м элементам соответствуют строки, а  j-м – столбцы.

Таблица 1 - Матрица взаимосвязи

 

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

τ1

1

0

0

0

0

0

0

0

τ2

0

1

0

0

0

0

0

0

τ3

0

0

1

0

0

0

0

0

τ4

0

0

0

1

0

0

0

0

τ5

0

0

0

0

1

0

0

0

τ6

0

0

0

0

0

1

0

0

τ7

0

0

0

0

0

0

1

0

τ8

0

0

0

0

0

0

0

1

Логическая 1 обозначает наличие взаимосвязи, а 0 – отсутствие.

Для табличной СЛМ характерна диагональ из лог. единиц в матрице последовательности и в матрице взаимосвязи. Это объясняется тем, что каждому преобразованию четко соответствует какая-то обрабатываемая поверхность, приобретаемое новое свойство детали.

Лог. единица в матрице последовательности, стоящая на пересечении i-й строки и j-го столбца, показывает, что за i-м технологическим преобразованием следует выполнять  j-е. Перейдя к графу, это означает, что за i-й вершиной (исходящей) должна следовать j-я (входящая).

Матрица последовательности имеет количество строк и столбцов, на единицу меньшее, чем общее количество технологических преобразований τ, т.к. первое технологическое преобразование никак не может быть входящей вершиной, а последнее – исходящей.

Таблица 2 - Матрица последовательности

 

τ2

τ3

τ4

τ5

τ6

τ7

τ8

τ1

1

0

0

0

0

0

0

τ2

0

1

0

0

0

0

0

τ3

0

0

1

0

0

0

0

τ4

0

0

0

1

0

0

0

τ5

0

0

0

0

1

0

0

τ6

0

0

0

0

0

1

0

τ7

0

0

0

0

0

0

1

Табличные СЛМ описывают один единственный вариант выполнения ТП. В отличие от них сетевые СЛМ могут описывать уже целое множество вариантов выполнения ТП. Варианты могут отличаться друг от друга разным составом выполняемых операций технологических преобразований (когда вместо одних выполняются другие). Они могут отличаться разным количеством преобразований (когда, например, отдельные преобразования не выполняются). Разница в ТП может быть обусловлена разными техническими требованиями.

СЕТЕВАЯ СЛМ

Рассмотрим сетевую СЛМ на примере ТП обработки зубчатых колес.

Рисунок 40 – Сетевые СЛМ: F1 – контур зубчатого колеса, F2 – базовое отверстие, F3 – шпоночный паз, F4 – зубчатый венец

В зависимости от исходной заготовки, габарита, точности выполнения зубчатого колеса, используемого оборудования возможны различные варианты выполнения ТП. Все они описываются одной СЛМ.

 

Рисунок 41 – Сетевая структурно-логическая модель: - заготовительная (контроль заготовки), , , , - операции по обработке базового отверстия и шпоночного паза в заготовке без отверстия (сверление, зенкерование, развертывание и долбление), - протягивание базового отверстия и шпоночного паза в заготовке с отверстием, , - черновое и чистовое точение контура зубчатого колеса, , , - операции по получению зубчатого венца (зубодолбление, накатка, зубофрезерование), , - операции термообработки ( -закалка колеса целиком, - закалка ТВЧ зубчатого венца), - отделка базового отверстия и торца, - зубошлифование, - притирка, - контрольная

Это далеко не полная модель процесса изготовления зубчатого колеса. Она может быть еще более усложнена, если, например, учесть, что зубонарезание колес с большим модулем выполняется за две операции – черновое нарезание и финишное, в то время, как для колес с маленьким модулем венец нарезается за одну операции. Возможны и другие варианты.

Описание этой сложной СЛМ также выполняется с помощью двух матриц.

Таблица 3 - Матрица взаимосвязи

 

F1

F2

F3

F4

τ1

1

0

0

0

τ2

0

1

0

0

τ3

0

1

0

0

τ4

0

1

0

0

τ5

0

0

1

0

τ6

0

1

1

0

τ7

1

0

0

0

τ8

1

0

0

0

τ9

0

0

0

1

τ10

0

0

0

1

τ11

0

0

0

1

τ12

1

1

1

1

τ13

0

0

0

1

τ14

1

1

0

0

τ15

0

0

0

1

τ16

0

0

0

1

τ17

1

1

1

1

    

Таблица 4 - Матрица последовательности

 

τ2

τ3

τ4

τ5

τ6

τ7

τ8

τ9

τ10

τ11

τ12

τ13

τ14

τ15

τ16

τ17

τ1

1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

τ2

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

τ3

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

τ4

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

τ5

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

τ6

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

τ7

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

τ8

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

0

0

0

τ9

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

τ10

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

τ11

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

τ12

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

τ13

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

τ14

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

τ15

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

τ16

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

ПЕРЕСТАНОВОЧНЫЕ СЛМ

Этот вид модели используется для описания структуры технологических процессов, порядок выполнения операций в которых может быть различен. Такими процессами являются сборочные ТП,  а также ТП сверлильно-расточной обработки.

Рассмотрим перестановочную СЛМ на примере ТП сборки вала с подшипниками.

Рисунок 42 – Перестановочные модели

Перестановочные СЛМ описываются целым набором, графов каждый из которых подобен табличной СЛМ, так как описывает один вариант выполнения ТП.

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Рисунок 43 – Структурно-логические модели

Матрица взаимосвязи для перестановочной СЛМ одна единственная.

Таблица 5 - Матрица взаимосвязи

 

F1

F2

F3

F4

F5

τ1

1

0

0

0

0

τ2

0

1

0

0

0

τ3

0

0

1

0

0

τ4

0

0

0

1

0

τ5

0

0

0

0

1

Матриц последовательности здесь несколько. Попробуйте их сформировать самостоятельно.

Синтез ТП на основе обобщенной структуры

Этот метод положен в основу автоматизированной системы проектирования T-Flex Технология. В основе этого метода лежит понятие обобщенной структуры. Обобщенная структура – это массив технологических преобразований – операций, переходов, содержащих в себе средства выполнения технологических процессов для целой группы конструктивно подобных деталей.

Формирование обобщенной структуры

Рисунок 44 – Формирование обобщенной структуры

Каждая деталь из группы конструктивно подобных имеет свой собственный маршрут обработки, которому соответствует упорядоченное множество Mi. Часть технологических преобразований общая, а часть индивидуальная. Обобщенную структуру формируют как объединение множеств Mi маршрутов обработки всех n деталей, входящих в группу. Пересечению этих множеств соответствуют общие технологические преобразования, имеющиеся у всех деталей.

Обобщенная структура является средством для автоматизированного проектирования индивидуальных маршрутов. Она может содержать в себе такие операции и переходы, которые вместе никогда использованы не будут, поэтому конкретная деталь никогда не будет содержать в себе все технологические преобразования обобщенной структуры. Она нужна лишь для того, чтобы на основе описания детали можно было бы автоматически выбрать из нее нужные операции и переходы. Например, в обобщенную структуру могут попасть токарные операции точения в люнете и без люнета. Естественно, что в конкретный маршрут будет выбрано что-то одно.

Конструктивно-технологические признаки (КТП) и логические условия

Чтобы система могла автоматически выбрать нужные технологические преобразования, необходимо разработать правила выбора преобразований. В основе этих правил лежат конструктивно-технологические признаки детали. Такими признаками могут быть:

- наличие у детали той или иной обрабатываемой поверхности;

- точность обработки поверхности;

- физико-механические свойства материала;

- размеры детали, ее габаритные характеристики;

- масса деталей;

- серийность деталей;

- др.

КТП являются основой выбора последовательности технологических преобразований для конкретной детали. Для формализации этого процесса вводят понятие логического условия. Каждому i – му КТП ставят в соответствие логическое условие Ai.

,

где  Ai = логическая 1, если КТПi у детали есть;

Ai = логическому 0, если КТПi у детали отсутствует.

Условие включения маршрута Mi в обобщенную структуру можно представить в виде:

(Любой маршрут Mi входит в обобщенную структуру, если существует маршрут Mj, персечение которого с маршрутом Mi  – не пустое множество – т.е. у Mi  и Mj есть общие операции и переходы)

Пример описания детали с помощью КТП и логических условий:

Рисунок 45 - Пример описания детали с помощью КТП и логических условий: серия – 200 шт., HRC – 50 ед.

Перечень КТП:

  1.  Наличие наружных цилиндрических поверхностей
  2.  Наличие внутренних цилиндрических поверхностей
  3.  Наличие перпендикулярных поверхностей
  4.  Наличие канавок
  5.  Наличие фасок
  6.  Наличие пазов
  7.  Качество обработки наружных поверхностей – не хуже 9 квалитета
  8.  Качество обработки наружных поверхностей – не хуже 8 квалитета
  9.  Качество обработки наружных поверхностей – не хуже 7 квалитета
  10.  Качество обработки внутренних поверхностей – не хуже 10 квалитета
  11.  Серийность – не менее 100 шт.
  12.  Твердость – не менее 50 ед. HRC
  13.  Отношение длины к приведенному диаметру – не более 10
  14.   Количество ступеней вала – не менее 5
  15.  Количество ступеней вала – не менее 4
  16.  Точность обработки торцев – не выше 0,2мм

Составим описание детали на основе логических условий:

A1= 1     A9 = 0

A2= 1    A10= 1

A3= 1    A11= 1

A4= 0    A12= 1

A5= 0    A13= 1

A6= 0     A14= 0

A7= 1    A15= 1

A8= 1    A16= 1

Использование логических функций для выбора технологических

преобразований (операций и переходов)

 

Используя описание детали с помощью логических условий можно перейти к составлению логических функций, определяющих выбор технологических преобразований. Если в результате вычислений логическая функция оказывается равная 1, то соответствующие технологические преобразования выбираются в маршрут. Если функция равна 0, то нет.

1. Простейшим случаем является функция, состоящая из одного логического условия. Это значит, что для выбора данной операции (перехода) для обработки конкретной детали достаточно одного КТП

Чаще всего это бывает, когда в качестве КТП используется наличие той или иной поверхности. В T-Flex Технологии большинство переходов имеет именно такую логическую функцию, т.е. наличие обрабатываемых поверхностей.

2. В более сложных ситуациях для выбора технологических преобразований должно быть несколько КТП. В этом случае логическая функция будет объединять через логическое «И» несколько логических условий:

Например, если для того, чтобы выбрать операцию чернового точения достаточно лишь одного КТП (наличие цилиндрических поверхностей – КТП 1), то для выбора чистового точения необходимо как минимум двух КТП. В нашем примере это КТП 1 и 7 (качество обработки не хуже 9 квалитета).

3. Когда на основе обобщенной структуры формируется ТП для большого количества деталей, возможны ситуации, когда одна и та же операция для разных деталей будет выбираться по разным КТП. В этом случае используется операция логического «ИЛИ»:

Например, на основе обобщенной структуры формируется ТП для тел вращения различной точности. Одни детали по 9 квалитету, другие по 8, третьи по 7. В этом случае логическая функция выбора чистового точения будет выглядеть:

4. В некоторых случаях для выбора операций из обобщенной структуры необходимо не наличие КТП, а его отсутствие. В этом случае в логической функции выбора операции используется логическое «НЕ»:

Пусть, например, часть деталей выполняется с центральным отверстием, а часть без него. Чистовое точение всех деталей выполняется в центрах. Для деталей, которые имеют центральное отверстие, эта операция выполняется после чистового точения. При этом используется люнет повышенной точности. Заключительными операциями по обработке являются операции круглошлифования. При этом детали, не имеющие центрального отверстия, можно установить в оставшиеся центра. Для деталей с центральным отверстием предварительно производится установка центровых пробок. После этого выполняется операция круглошлифования в центровых пробках.

Таким образом, операции круглошлифования в центрах и центровых пробках будут выбираться на основе логических функций, которые будут отличаться друг от друга одним аргументом:

Т.е. шлифование в центрах выполняется, если у детали нет внутренних цилиндрических поверхностей - .  Шлифование в центровых пробках выполняется, если у детали есть внутренние цилиндрические поверхности – . Рассмотренный нами метод синтеза на основе обобщенной структуры является универсальным методом, который в различных САПР может быть интерпретирован по-разному. В частности он положен в основу автоматизированного проектирования системы T-Flex Технология.

Синтез ТП на основе типового базового конструктива

Данный метод используется для проектирования ТП на автоматизированных участках с множеством станков с ЧПУ. Особенностью работы автоматизированных участков является требование по равномерной загрузке всего оборудования. Это означает, что самым оптимальным режимом работы такого участка будет режим, при котором все станки одновременно начинают и одновременно заканчивают работу. В реальном выполнении это требование очень сложно. Однако можно перераспределить объемы выполняемых переходов по разным станкам. Уменьшив, таким образом, неравномерность загрузки.

Метод основан на понятии типового базового конструктива. Под базовым конструктивом понимается контур детали, образованный основными внутренними и внешними поверхностями. Для группы конструктивно подобных деталей создается типовой базовый конструктив, который объединяет в себе все основные внешние и внутренние поверхности всей группы деталей.

Рисунок 46 - Формирование типового базового конструктива

Из типового базового конструктива можно получить базовые конструктивы всех деталей, входящих в группу. Для этого необходимо исключить из него лишние поверхности и назначить конкретные размеры. Однако одного базового конструктива для создания реальной детали недостаточно. Необходимы еще дополнительные конструктивные элементы: фаски, канавки, отверстия, пазы, проточки и т.д.. Их называют элементами конструктивного обогащения.

Рисунок 11 - Базовый конструктив и элементы конструктивного обогащения

Такой подход к разделению всех обрабатываемых поверхностей на 2 класса: класс, образующий базовый конструктив и класс элементов конструктивного обогащения позволяет точно также подойти и к проектируемому ТП. На части станков будет выполнена обработка базовых конструктивов всего комплекта деталей на другой части станков – обработка элементов конструктивного обогащения.

Формирование технологических процессов для автоматизированных участков

Автоматизированный участок может работать автономно в безлюдном режиме. Поэтому весь ТП и все возможные варианты его реализации должны быть спроектированы заранее. Проектирование и реализация ТП выполняется в несколько этапов:

1. Формирование комплектов конструктивно подобных деталей. Каждая деталь описывается набором конструктивно-технологических признаков. Кроме уже известных нам КТП детали описываются такими понятиями как класс, подкласс, характеристики геометрической формы и т.д. Такие обобщенные характеристики регламентируются стандартами. Имея описание каждой детали в виде набора КТП, выполняется автоматическая классификация. При этом в зависимости от коэффициента подобия большее или меньшее количество деталей объединяется в группу.

Рисунок 12 - Объединение деталей в группы в зависимости

от коэффициента подобия

Группы, сформированные автоматически, анализируются технологом и корректируются.

2. Формирование типовых базовых конструктивов для сформированных групп

Если данный метод используется на предприятии в течение длительного времени, то в базе данных накапливается обширная библиотека типовых базовых конструктивов. В этом случае технолог ищет наиболее близкий конструктив. В случае необходимости возвращается к этапу 1. если подходящего конструктива не находится, он создается заново.

3. Формирование массива переходов сменного задания и распределение его по единицам и позициям оборудования

На основе выделения переходов по обработке базового конструктива и переходов по обработке элементов конструктивного обогащения создаются два массива массив переходов и массив оборудования. Каждый переход содержит в себе признак оборудования, на котором он может быть выполнен. Эти массивы сопоставляются друг другу, в результате чего создается новый массив – массив переходов, закрепленных за каждым станком с ЧПУ. Это будет предварительной оценкой загрузки оборудования автоматизированного участка. Поскольку в процессе работы участка возможно возникновение различных нештатных ситуаций, необходимо предусмотреть выходы из этих ситуаций и варианты продолжения ситуаций. Аварийными ситуациями могут быть:

- поломка инструмента;

- выход из строя позиции оборудования;

- выход из строя станка;

- выход из строя приспособления.

На автоматизированном участке фиксация таких ситуаций выполняется с помощью датчиков контроля. Например, путем измерения температуры в зоне резания можно определить момент, когда инструмент затупился и требуется его замена. Существуют также датчики RENISHAW, позволяющие непрерывно сканировать инструмент в процессе резания и определять его поломку.

Все сигналы с датчиков поступают на сервер и обрабатываются, в результате чего определяется текущее состояние системы в целом и каждого отдельного станка в частности. Если происходит отказ оборудования, система должна продолжить работу по какому-то обходному варианту. Все возможные варианты обхода аварийной ситуации предусматриваются технологом заранее. Описываются эти варианты с помощью матриц последовательности. Они похожи на матрицы, используемые в СЛМ. Отличие этих матриц в том, что здесь «1» указывает, какие переходы могут быть выполнены в случае невыполнения текущего перехода, в случае, например, отказа инструмента.

4. Автоматическое формирование управляющих программ в процессе работы участка.

На основе базовых конструктивов формируются унифицированные управляющие программы. В них указывается лишь последовательность подготовительных функций G, вспомогательных функций M; а конкретные размерные перемещения X, Y, Z не указываются. Для каждой конкретной детали из партии создаётся матрица размерных перемещений. Все заготовки и тары с заготовками помечаются штрих - кодами. При поступлении детали на обработку по штрих – коду определяется её вид. Эта информация поступает на сервер. Сервер вызывает соответствующую матрицу размерных перемещений, по которой можно определить, какие переходы для данной детали нужны и какие размерные перемещения при этом будут. То есть с помощью штрих – кода на основе унифицированной УП формируется УП обработки конкретной детали. Эти кадры через локальную вычислительную сеть поступают на конкретные станки. В случае возникновения аварийных ситуаций кадры, которые не могут быть выполнены по причине отказа,  исключаются. В результате такой обработки деталь не будет готовой. «Недообработанные» детали отправляются на склад. Тем временем осуществляется устранение неисправности, после чего детали вызываются на дообработку. Информация о невыполненных переходах остаётся на сервере.

Синтез ТП на базе эвристического программирования

Сложные задачи проектирования решаются человеком на основе его опыта, порой даже неосознанно. Чтобы компьютер мог повторить ход рассуждений человека приходится формировать весь ход рассуждений в виде набора правил – алгоритмов.

По существу эвристическое программирование является основой искусственного интеллекта. Формализация рассуждений человека осуществляется с помощью эвристик.

Эвристика – правило, приём, алгоритм, которые использует человек при принятии какого-то решения. При проектировании ТП также есть набор правил, используемых технологом при принятии решения.

Рассмотрим некоторые из них:

- обработку поверхностей следует начинать с наименее точной, а заканчивать самой точной;

- поверхность, используемая в качестве технологической базы, должна быть предварительно обработана;

- при обработке паза и цилиндрической поверхности в первую очередь обрабатывается цилиндрическая поверхность;

- при обработке поверхностей все поверхности сначала доводятся до одного уровня точности, затем до другого, и так, пока не будет обработана самая точная поверхность.

Рассмотрим процесс рассуждений технолога при проектировании ТП:

- сначала он рассматривает деталь в целом и определяет набор обрабатываемых поверхностей;

- оценивает каждую поверхность (в зависимости от точности, шероховатости он определяет сколько стадий обработки она должна пройти). Например, для грубой поверхности – достаточно черновой обработки, для более точной – чистовая или получистовая обработки, для очень точной – шлифовка (полировка, доводка);

- технолог после этого определяет общее количество стадий обработки детали, исходя из самой точной поверхности;

- определяется оборудование, на котором всё это можно сделать;

- в результате будут получены укрупнённые операции, будет видно на каком оборудовании и какие поверхности будут обработаны и какой получится уровень точности.

В укрупнённой операции видно весь набор поверхностей, т. е. общий объём переходов. Неясно, лишь, в какой последовательности их нужно выполнять. Здесь наступает самый сложный этап проектирования ТП. Технолог начинает выстраивать последовательность обработки обрабатываемых поверхностей. На каждом шаге построения последовательности переходов он проверяет соблюдение требований точности. Если оказывается, что на каком-то шаге требования не выполняются, он отбрасывает первоначальный вариант и начинает строить новую последовательность. При этом можно добавить дополнительные припуски на особо точные поверхности.

Технолог, руководствуясь эвристическими правилами, выстраивает схему обработки, а при определении последовательности обработки поверхностей он выдвигает некоторые предположения, на основе которых выполняет дальнейшие действия. Т. е. он выдвигает гипотезу и выполняет на её основе построения. Если точность выполняется, то гипотеза верная, если нет, то она отвергается. При этом технолог выдвигает новую гипотезу, выстраивает новую последовательность – и так, пока не будет сформирован весь технологический процесс.

Пример эвристического алгоритма проектирования
ТП обработки торцевых поверхностей

Снимаемые припуски

Имеем 4 торцевые поверхности. Для определения количества снимаемых припусков введём правило: если поверхность связана с другой допуском, меньшим 0,2 мм, то с неё нужно снимать два припуска. Исходя из этого принципа система определит следующие припуски.

В результате определены две стадии обработки. На каждой стадии определяется последовательность снятия припусков и технологическая база, относительно которой он должен быть снят.

На второй стадии остаётся один не снятый припуск, значит, остаётся определить технологическую базу. Алгоритм автоматически перебирает все возможные варианты технологических баз; при этом для каждого варианта проверяется точность.

Для каждого варианта выполняется проверка точности.

Система последовательно выстраивает очередность обработки поверхностей (снятие припусков). Построения начинаются с последнего, конечного состояния. В нашем случае это первый верхний рисунок. В конечном состоянии остаётся только припуск на поверхности 2. Перебираются все возможные варианты обработки. Сначала выбирается снимаемый припуск. Затем определяется технологическая база, а затем выполняется проверка размерно-точностных соотношений. При выборе технологической базы рассматриваются все возможные базы. Снимаемый припуск определяется исходя из правила, что технологическая база должна быть обработана на предыдущем переходе.

Рассмотрим второй вариант.

На первом шаге перебирается весь набор неснятых припусков, т. е. это может быть и 1, и 2, и 3, и 4. Однако, предпочтение следует отдавать более точным поверхностям. Самыми точными поверхностями являются 2 и 3. (Поскольку они связаны размером с допуском «– 0,1»). Предположим, что последним снимается припуск 3. Для его обработки в качестве технологической базы можно использовать любую обработанную поверхность. В нашем случае это и 1, и 2, и 4. Система выбрала в качестве технологической базы поверхность 2. Т. о., на первом шаге выполняется размер О32. Теперь проверяются размерно-точностные соотношения. Они выполняются, и система переходит к следующему шагу. Поскольку технологической базой была поверхность 2, то на предыдущем шаге она должна быть обработана. Возможны две технологические базы (1 и 4) так, как они обработаны. Пусть в качестве базы выбрана поверхность 4. Значит, выстраивается размер О24. Теперь выполняется проверка, которая показывает, что данный вариант неработоспособен. Поверхность 4 связана с первой допуском «±0,5». Значит, с таким же допускам должна «гулять» база. Следовательно, поверхность 2 не может быть выполнена точно.

Рассмотрим первый вариант.

  1.  Снимаем припуск 2 относительно поверхности 3 (О23).
  2.  Обработка технологической базы 3, использованной на шаге 1, относительно поверхности 1.
  3.  Обработка базы 1, использованной на шаге 2, относительно поверхности 4.
  4.  Обработка поверхности 4 относительно базы 1.

Система T-Flex Технология

I. Возможности системы:

  1. Диалоговое полуавтоматическое проектирование ТП;

  2. Создание маршрутных карт;

  3. Создание маршрутно-операционных карт с вертикальной (книжной) и   

      горизонтальной (альбомной) компоновкой;

  4. Создание операционных карт;

  5. Создание операционных карт с эскизами;

  6. Создание ведомости материалов;

  7. Создание ведомости комплектующих.

II. Полная интеграция с программным комплексом T-Flex.

   T-Flex DOCS используется в качестве PDM системы, а также для контроля документооборота. T-Flex CAD обеспечивает формирование всех документов в виде чертежей. Кроме того с 3D модели или чертежа можно вводить данные по детали.

III. Возможность создания собственных технологических документов. Например, операционной карты контроля, унифицированной операционной карты. Инструментом для этого служат макросы.

Диалоговое проектирование

Это самый простой вид проектирования. Первоначальная настройка интерфейса ориентирована именно на такое проектирование (при этом отсутствуют такие поля как расчёты, технологические элементы и т. д.). Для их ввода нужно выполнять настройку интерфейса. Основным видом работы является выбор из базы данных наименования операции, шаблонов текстов переходов, заполнения оснащения на операции и переходы, ввод геометрии детали в переходы, а также ввод режимов резания.

Для ввода данных возможны три варианта:

- непосредственно из базы данных (из выпадающих списков);

- контекстный поиск по первым символам (в основном, используется для ввода наименований операций);

- использование фильтров (фильтр в основном работает с оснащением (Б, ПР, Ж, ВИ, СИ, РИ)).

С помощью указанных клавиш выполняется первая ступень фильтрации – открывается соответствующий раздел справочника «Оснащение операций и переходов».

Затем можно выполнить либо ручной поиск оснащения, либо использовать вторую ступень фильтра. Фильтрация второй ступени выполняется с помощью специальных клавиш. При этом открывается окно для ввода ключевых символов, по которым система будет выполнять автоматический поиск оснащения (клавиша «Бинокль»). Ключевые символы должны быть выделены слева и справа с помощью *.

Кроме оснащения в ТП также вводятся инструкции по ТБ, цех, участок; для переходов – основное и вспомогательное время, для операций – подготовительно-заключительное время; режимы резания. При диалоговом проектировании все эти данные вводятся вручную. Подсчёт штучного времени в операции выполняется нажатием кнопки «∑» путём суммирования всех времён переходов.

     Отдельной операцией является ввод основного материала.

При поставке системы в БД вводится обширная база всех материалов, используемых на просторах СНГ, с указанием всех ГОСТ-ов, адресов поставщиков  и их телефонов. Фактически на предприятии работают с узким числом поставщиков материалов, поэтому технолог должен создать собственную базу данных материалов. При этом частично можно взять материалы из системы, частично приходится вводить свои новые.

Полуавтоматическое проектирование

Этот вид проектирования выполняется на основе ранее созданных типовых ТП, операций, которые оформляются как прототипы. В этих ТП нет конкретных размеров, только шаблоны текстов переходов. Тем не менее, они могут быть оснащены режущим и измерительным инструментом. Например, можно создать прототип токарной черновой операции, токарной чистовой, сверлильной, фрезерной и т. д. В этом случае формирование конкретного ТП будет состоять в обращении к разным прототипам и выбору из них нужных переходов.

Для ввода конкретных размеров имеется несколько способов:

- ввод через таблицу;

- путём непосредственного ввода размеров с чертежа.

Категорически запрещается вводить размеры в текст перехода, затирая переменные.

Технологическая документация будет сформирована автоматически. Для этого необходимо лишь выбрать список нужных документов. Фамилия разработчика, проверяющего и т. д. вводятся автоматически на основе данных о пользователях, сидящих за конкретными компьютерами.

Автоматическое проектирование

Выбор нужных переходов и операций из прототипов осуществляется на основе данных о технологическом элементе «ТЭ». Например, Нр Цилиндрическая правая № экземпляра 1. Каждый переход привязывается в прототипе к соответствующему ТЭ. ТЭ не проставляется лишь для вспомогательных переходов. Например, «установить деталь». Или для типовых переходов, типа, «термообработать по ТПП», «снять заусенцы», «очистить дробью». Для поверхностей, которые обрабатываются несколько раз (начерно, начисто) нужно указать квалитет, который достигается в каждом переходе. Например, ={D}+0.3. Описание детали формируется в виде набора обрабатываемых поверхностей. Для каждой поверхности указывается окончательный квалитет, если необходимо – шероховатость и размеры детали. Шаблоны текстов переходов в прототипе могут быть очень сложными с большим количеством переменных. Первый переход выбирается в любом случае; второй – если квалитет в описании выше квалитета в переходе обработки, то этот переход выбирается. В последнем выбранном переходе проставляется выбранный квалитет.

Подсистема расчетов

Очень важную роль при автоматическом проектировании играют расчёты. Все расчёты формируются пользователем. В базовом варианте поставки его нет. Подсистема расчётов за основу берёт функциональные возможности системы С#. Кроме базовых функций в этой системе создан целый набор специализированных функций. Специализированные функции обеспечивают процесс автоматического проектирования ТП. Можно выполнять различные вычисления. Например, времени обработки, режимов резания. Вводить в тексты переходов нужный вариант оснащения. Возможно, выполнять выбор переходов и операций по каким-то дополнительным параметрам. В принципе, расчёт представляет собой достаточно сложную разветвлённую программу.

Расчёты создаются с помощью редактора формул:

Первые два поля используются для команд условий типа: если, иначе если и т. д. Третье и четвёртое поля – для вычислений или других действий, связанных с вводом/выводом данных.

Формирование формул и условных выражений в полях «Формула условия» и «Формула действия» осуществляется с помощью функций, выбираемых из выпадающего списка. Функции можно разделить на несколько классов:

  1.  Математические функции (тригонометрические, логарифм натуральный и десятичный, экспонента, корень квадратный, округление, выделение части и пр.)
  2.  Функции для работы с базой данных
  3.  Функции логические
  4.  Функции преобразования данных из символьного формата в числовой и обратно
  5.  Функции формирования диалоговых окон для ввода данных

В системе используются переменные двух типов – внутренние и внешние. Внутренние переменные существуют  только внутри расчёта. Например, {А}, {D}, {VREZ}. Имена переменных вы даёте по смыслу. Внутренние переменные имеют гораздо более сложный синтаксис чем внешние. Например, {Опер (-1). Перех(-1). РежОбр( ). Параметр (V)}. (-1) означает – текущие операция и переход.

Чтобы не допускать ошибок при создании внешних переменных имеется редактор переменных.

Необходимо помнить, что редактор переменных работает, только если эти переменные объявлены в ТП, т.е. в переходе в закладках «ТЭ» и «Режимы» предварительно нужно ввести все данные.

Данные в системе T-Flex Технология хранятся в символьном формате, поэтому их необходимо преобразовать в числовой формат с помощью функции VAL. Результаты расчёта, возвращаемые в систему, также должны быть преобразованы в строчный формат с помощью функции STR. Имеется возможность вводить данные с помощью диалоговых окошек, выбирать их из внутренних таблиц T-Flex DOCS.

Например, если данные в переходе отсутствуют их можно запросить с помощью функции INPUTNUM.

{V} = INPUTNUM (“Отсутствует значение V”, “Введите, пожалуйста, значение V”).

Вот так будет выглядеть ввод данных скорости резания:

Т.е., если значения в закладках перехода отсутствуют, то пользователь должен их ввести в диалоговые окна, а если определены, то они будут напрямую вводиться в расчёт и преобразовываться из символьного формата в числовой. Всего таких групп по три команды будет столько, сколько исходных данных необходимо для расчета. В нашем случае это кроме скорости резания будут подача, глубина резания, а также геометрические параметры для расчета – диаметр заготовки, выполняемый диаметр, длина обрабатываемой цилиндрической поверхности.

Окончательно набор команд для проверки исходных данных и ввода недостающих имеет вид:

После ввода всех данных в расчёт можно вводить команды вычислений. Например, фрагмент программы по расчёту режимов резания, основного и вспомогательного времени может выглядеть так:

{N}=CEILING(1000*(V)/(Pi*{DZ})) - округление и расчёт числа оборотов шпинделя;

{N}=CELING(N/10)*10 - округление до десятков числа оборотов шпинделя;

{TPOX}={L}/({S}*{N}) - время одного прохода;

{I}=({DZ}-{D})/(2*{T}) - расчёт количества проходов;

 - если количество проходов в результате округления равно нулю, то количество проходов равно одному;

{TOSN}={TPROX}*{I} - расчёт основного времени без перебегов;

{TPER}=(10/({S}*{N}))*{I} - расчёт времени на перебег;

{TOSN}={TOSN}+{TPER} - расчёт итогового основного времени;

{TVCP}={TOSN}*0.15 - Твспомогательное – 15% от Тосновного.

Вычисление всех значений осуществляется с помощью внутренних переменных, поэтому при отладке расчета можно видеть их вычисленные значения. Внешние переменные при этом использовать неудобно, т.к. для просмотра их значений нужно возвращаться из редактора расчета обратно в T-Flex Технологию. Чтобы вернуть результаты расчета в T-Flex Технологию, нужно ввести еще ряд команд, обеспечивающих перевод временных переменных в строковый формат и возврат их значений глобальным переменным:

{Опер(-1).Перех(-1).РежОбр().Параметр(N)}=STR({N})

{Опер(-1).Перех(-1).Тосн}=STR({TOSN})

{Опер(-1).Перех(-1).Твс}=STR({TVCP})

В процессе выполнения расчёта всегда нужно выполнять функцию «Генерация расчёта». При запуске расчёта с помощью внутренних переменных легко отладить расчет.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4415. Основы эксплуатации авиационной техники. Конспект лекций 550.5 KB
  Изложены условия эксплуатации ВС и АД. Дана классификация повреждений и отказов изделий авиационной техники. Рассмотрены технологические процессы технического обслуживания ВС, общие правила технической эксплуатации авиационной техники, общие виды ра...
4416. Порушники в інформаційній безпеці 142 KB
  Визначення терміну Хакер Модель порушника Види загроз безпеки інформації Способи несанкціонованого доступу Десятка кращих хакерів Цікаві факти. Модель порушника - це всебічна структурована характеристика порушника, яку разом із моделлю загроз використовують під час розроблення політики безпеки інформації
4419. Эффективные способы осевого уравновешивания ротора центробежного насоса 4.3 MB
  Анализ существующих способов уравновешивания осевой силы в центробежных насосах. Оценка величины осевой силы, действующей на рабочее колесо Во время работы центробежного насоса на его ротор действует сложная система сил. В случае применения в н...
4420. Пейзаж в текстильном коллаже художников Санкт-Петербурга конца ХХ – начала ХХI века. 252 KB
  Введение. Диссертация посвящена истории возникновения текстильного коллажа, изучению творчества художников-текстильщиков Санкт-Петербурга конца ХХ – начала ХХI века, анализу методов и способов создания текстильных коллажей, а также выявлению ху...
4422. Технология производства котлет Московские мясной лавки ИП Иванов С.Г. г. Новочебоксарска Чувашской республики 251.42 KB
  Введение Мясная отрасль агропромышленного комплекса призвана снабжать население высококачественными продуктами питания: мясом, полуфабрикатами, готовыми быстрозамороженными блюдами. Кроме того, она выпускает лечебные препараты, изделия широкого потр...
4423. Факторинг как форма кредитования бизнеса в России на примере МФК ТРАСТ 878 KB
  Введение Проблема расширения рынков сбыта товаров, работ и услуг является одной из наиболее важных в современной экономике, но традиционные формы финансирования оборотного капитала не в полной мере соответствуют запросам предпринимателей. Дост...