Современное состояние автоматизации технологического проектирования 1 Компьютеризация подготовки производства в едином информационном пространстве предприятия
Вид материала | Документы |
- Впроцессе обучения рассматривается комплекс вопросов, общих для современных систем, 50.1kb.
- «Галактика», 145.38kb.
- 02 02 02 отдел автоматизации и механизации производства, 74.5kb.
- Язык и межкультурная коммуникация: современное состояние и перспективы Сборник материалов, 7160.54kb.
- Современное состояние рыночной экономики предполагает жесткие требования к управленческой, 804.07kb.
- Лекция Методы автоматизации обработки, 46.06kb.
- Пушкинская библиотека-музей в информационном и культурном пространстве г. Белгорода, 68.06kb.
- Нормы технологического проектирования нормы технологического проектирования предприятий, 1926.43kb.
- Утверждено Советом Факультета Председатель 200 г. Санкт Петербург 2010 оглавление пояснительная, 105.7kb.
- Ведомственные нормы технологического проектирования нормы технологического проектирования, 4907.42kb.
^ CATIA - Real Time Rendering 1 -фотореалистическая визуализация. CATIA позволяет присвоить детали материал, наделенный не только маркой, удельным весом, модулем упругости и пределом прочности, но и оптическими характеристиками — текстурой. Модуль Real Time Rendering создает фотореалистические изображения объектов на основе присвоенных им текстур, а также позволяет создавать и модифицировать сами текстуры. Как и механические свойства материалов, текстуры записываются в специальную библиотеку.
Все аппаратно-графические функции CATIA (масштабирование, вращение) работают в условиях примененной текстуры в реальном масштабе времени.
^ CATIA — Team PDM 1 — система управления данными для команды пользователей CATIA. CATIA — Team PDM 1 обеспечивает решение базовой группы задач управления проектом. Он определяет режимы хранения и использования данных проекта и поддерживает всю необходимую «внешнюю» сопроводительную информацию об инженерных данных.
Продукт легко инсталлируется, осваивается пользователями всех уровней квалификации. Он прост в практическом применении, а также не требует больших инвестиций в поддержку внедрения. Продукт эффективен для мелких и средних промышленных предприятий и для поставщиков комплектующих для других производителей.
CATIA - Team PDM 1 интегрирует CATIA пятой версии с программным продуктом SmarTeam компании Smart Solutions Ltd.
^ CATIA - СADAM Interface 1 - интерфейс обмена данными STEP AP203. Данный модуль обеспечивает существующих пользователей системы CADAM возможностью работать в едином системном пространстве с пользователями CATIA и в едином формате чертежных данных. Для этого предусмотрена миграция чертежных стандартов из CADAM в CATIA.
^ CATIA - STEP AP203 Interface I - интерфейс обмена данными STEP АР203. Обеспечивает пользователю интерактивное чтение и запись его данных в формате STEP AP203. CATIA обеспечивает единый пользовательский интерфейс для всех существующих форматов обмена, поддерживает все стандарты управления файлами (Открыть, Закрыть, Копировать, Переименовать, Сохранить, Сохранить как...) и имеет автоматическое распознавание типа файла по его расширению (.dxf, .igs, .stl, .wrl и .stp).
^ CATIA - ICES Interface 1 -интерфейс обмена данными IGES. Обеспечивает пользователю интерактивное чтение и запись его данных в формате IGES. CATIA обеспечивает единый пользовательский интерфейс для всех существующих форматов обмена, поддерживает все стандарты управления файлами (Открыть, Закрыть, Копировать, Переименовать, Сохранить, Сохранить как...) и имеет автоматическое распознавание типа файла по его расширению (.dxf, .igs, .stl, .wrl и .stp). Последняя поддерживаемая версия IGES — 5.3.
^ CATIA - Object Manager 1 - базовый модуль управления объектами CATIA. Является ядром всех продуктов и конфигураций CATIA пятой версии, определяющим единый пользовательский интерфейс, единую систему управления объектами, базовые системные и аппаратные функции и интеграцию всех приложений. Базовые функции включают создание иллюстраций, вывод на печать, поддержку стандартных форматов STL, VRML 3D documents, TIFF, CGM, JPEG и BMP. К ним относятся также поддержка OLE (для Windows), журналирование и применение макрокоманд Visual Basic (для Windows).
^ Платформа Р2. CATIA Р2 обеспечивает предприятиям особые условия для моделирования изделий, связанных с ними технологических процессов и планирования производственных ресурсов, тем самым реализуя современную концепцию электронной модели предприятия. Платформа Р2 предлагает расширенный набор программных средств, основанных на использовании базы знаний предприятия (Knowledge Based Design) и технологии гибридного моделирования. САТIА Р2 располагает средствами интeрактивного программирования, связывающими параметры разрабатываемою продукта с функциями на основе математических выражений (формул) и логических зависимостей. Этот инструмент создан для практической реализации в среде проектирования знаний и опыта предприятия, которые до сих пор могли существовать и применяться только как справочники, технические условия, методические инструкции или прототипы. Этот модуль доступен для аппаратных платформ Windows NT и UNIX.
^ CATIA - Wireframe аnd Surface 2 - каркасное моделирование и поверхности. CATIA — Wireframe and Surface 2 дополняет модуль CATIA - Part Design 2 средствами создания трехмерного каркаса и поверхностей. Объектно-ориентированный подход в системе CATIA позволяет использовать точки, линии, сплайны, плоскости и поверхности как аргументы построения объемной геометрии деталей. Древовидная структура компонента изделия позволяет включать в себя эти виды элементов в качестве ссылочных (reference geometry), относительно которых могут задаваться параметры (размеры) и которые участвуют в операциях ограничения форм. Пользователь может имплантировать, удалять, изменять параметры и заменять любой из этих элементов в процессе проектирования, с последующим автоматическим обновлением результирующей геометрии.
^ CATIA - Generative Shape Design 2 -проектирование сложных поверхностей. Модуль Generative Shape Design является дальнейшим развитием продукта 5626-GSM Generative Shape Modeling в CATIA версии 4.2. В его основе лежит идея определения сложных геометрических форм через их спецификацию, представленную в виде сетевой структуры. В отличие от иерархической структуры (в виде дерева), сетевая структура позволяет одному элементу несколько раз участвовать в булевых операциях и занимать несколько позиций в спецификации объекта (истории построения) без дублирования. Такая возможности позволяет достичь полной управляемости геометрии по параметрам, тем самым существенно повысив производительность. Модуль незаменим при проектировании сложных изделий, где требуются частые и кардинальные модификации.
Модуль полностью интегрирован с объектно-ориентированным ядром CATIA пятой версии и обладает общими с ним преимуществами: интуитивным пользовательским интерфейсом, эргономичностью, средствами поддержки диалога и непосредственным доступом к параметрам и свойствам объекта.
Геометрия, построенная с использованием этого модуля, благодаря средствам редактирования ее истории построения может повторно использоваться как образец или стандарт. Схема построения прототипа может быть скопирована в другой проект или часть проекта и применена с новыми параметрами. Таким образом, продукт Generative Shape Design может использоваться как средство поддержки стандартов компании и накопления опыта проектирования.
^ CATIA — Circuit Board Design 2 — проектирование электросистем. Предоставляет пользователю двухсторонний интерфейс обмена данными с внешними системами проектирования электросистем. Конструктор, создающий пространственную компоновку и деталировку с участием агрегатов электрооборудования в CATIA, может экспортировать результат своей работы в ECAD для расчета электрических цепей и других специальных задач. И наоборот, электросхема, разработанная в ECAD, может быть импортирована в систему для ее пространственной компоновки. Предусмотрена возможность обмена данными со многими ECAD-системами.
^ CATIA — Generative Assembly Structural Analysis 2 — анализ сборок на прочность. Расширяет возможности модуля Generative Part Structural Analysis 2 от анализа одной детали до анализа целой сборки, обеспечивая качественный расчет статической прочности и вибраций. Соединения конечных элементов для расчетной схемы сборки выполняются так, чтобы учесть реальную картину механических связей между компонентами, с учетом их деформаций. Расчетная схема сохраняет социативную связь с геометрией, на основании которой она была сделана. Благодаря этому после модификации геометрии требуется не полное переопределение расчетной схемы, а только ее повторная калькуляция.
Модуль CATIA — Generative Assembly Structural Analysis 2 заметно повышает уровень технологии проектирования благодаря высокой интеграции инженерно-аналитических задач с конструкторскими и объектно-ориентированной идеологии CATIA.
^ СATIA - Knowledge Advisor 2 - инструмент использования в проектировании базы знаний предприятия. Этот программный продукт открывает новое направление; развития компьютерных средств проектирования, конструирования, инженерного анализа и технологической подготовки производства. До сих пор CAD/CAM служил инструментом для воплощения в реальность того, что являлось плодом творчества исключительного самого конструктора, аналитика или технолога — обладателя квалификации и опыта в определенной области знаний.
С выходом пятой версии системы открылась возможность непосредственно контролировать характеристики разрабатываемого объекта по результатам логических и алгебраических вычислений, заложенных в базу знании предприятия. База знаний — это система функций, законов и правил, которая работает на основе характеристик разрабатываемого объекта, выполняет вычисления по заданным формулам и логическим операциям, производит новые; параметры или свойства и присваивает их изделию. Пользователь может проверить свою гипотезу методом «что, если...», прежде чем принимать какое-либо ответственное решение.
Благодаря тому что в CATIA реализован классическиий объектно-ориентированный подход, входными параметрами (аргументами) для вычислений могут служить любые геометрические или негеометрические характеристики объекта, с которыми инженер считает нужным работать, — масса, объем, координаты центра тяжести, площадь омываемой поверхности, момент инерции, марка материала и другие.
Таким образом, арсенал инженера пополнился инструментом, способным хранить и использовать его профессиональные знания. Для создания базы знаний предприятия не требуется квалификации программиста. Модуль Knowledge Advisor содержит средства интерактивного программирования и отладки содержимого базы знаний.
^ Вместо выводов. Обе платформы, CATIA P1 и CATIA P2, построены на обшей архитектуре CATIA пятой версии, дающей пользователю большую свободу роста его CAD/CAM/CAE-оснашения как количественно, так и качественно. Многоуровневый и многоплатформный подход к позиционированию системы CATIA позволяет охватить различные отрасли машиностроения — автомобилестроение, авиастроение, общее и транспортное машиностроение, включая железнодорожный транспорт, станкостроение, производство технологического оборудования и оснастки, а также производство товаров народного потребления.
7.10 САПР ХХI века
Проектирование технологических процессов (ТП) занимает центральное место в подготовке производства изделий. Технологические процессы содержат информацию о трудовых и материальных нормативах, без которых невозможно планирование и управление производственными ресурсами. В середине XX века наша страна занимала лидирующие позиции в области разработки методологии и методов автоматизации проектирования ТП. В эти годы были созданы концепции проектирования типовых и групповых технологических процессов, сформировано понятие конструкторско-технологических элементов детали (которые в последствии получили на Западе наименование features), разработано множество различных САПР ТП. Однако большинство этих систем, созданных с использованием кустарных информационных технологий, прекратили свое существование, как только их авторы перестали ими заниматься. В настоящее время это направление компьютеризации инженерной деятельности стоит на пороге революционных изменений, о которых и пойдет речь ниже [22].
^ Цели автоматизации проектирования технологических процессов и средства их достижения. Подробное описание дерева целей компьютеризации инженерной деятельности было приведено в декабрьском номере журнала за прошлый год. Основная цель создания САПР ТП заключается в экономии труда технологов. Для достижения этой цели необходимо располагать средствами автоматизации оформления технической документации, средствами информационной поддержки проектирования и автоматизации принятия решений. В своем историческом развитии САПР ТП постепенно расширяли арсенал своих средств. На первом этапе эти системы часто представляли собой специализированные текстовые редакторы, некоторые из которых были документоориентированными. С появлением баз данных появилась возможность поддерживать процесс ручного формирования ТП в таких редакторах в части поиска необходимых средств технологического оснащения. Однако подавляющее большинство САПР ТП, в том числе и ныне существующих, не способны поддерживать автоматизацию принятия решений в процессе проектирования на основе технологических знаний: алгоритмический и применяющий методы искусственного интеллекта.
История развития САПР ТП показала бесперспективность алгоритмического подхода. При внедрении одной из первых таких систем, созданных в 60-е годы, было разработано десять технологических процессов. Заказчик принял лишь четыре из них, а остальные отверг. Разработчики пытались доказать представителям заказчика, что их алгоритмы построены правильно, но получили ответ: «Может быть, ваши алгоритмы действительно правильны, но у нас так не делают». Этот давний спор вынес, по сути дела, приговор алгоритмическому подходу в САПР ТП, при использовании которого правила принятия решений, заложенные в системе, недоступны для формирования и изменений непрограммирующими пользователями. В наступающем веке информатики знания станут ценнейшим достоянием как физических, так и юридических лиц. На одном из предприятий авторы [22] ознакомились с САПР ТП по аналогам. Технологи, проработавшие много лет на этом предприятии, получив чертеж детали, быстро находили в памяти компьютера описание процесса на аналогичную деталь и редактировали его, формируя новый. На вопрос о том, что будет, если работать с этой САПР придется специалистам, которые не обладают подобным опытом, ответа не последовало.
Немаловажное значение среди целей внедрения САПР имеет повышение качества проектных решений. Необходимо, чтобы накопленный положительный опыт находил отражение в базе знаний системы и был доступен для всех, в том числе и для новых сотрудников. Для достижения этой цели нужно предоставить непрограммирующим носителям технологического опыта возможность сохранять его в системе. Такую возможность и обеспечивают методы искусственного интеллекта.
Проводя аналогию с материальным производством, можно сказать, что в области автоматизации инженерного труда имеется основное производство, связанное с разработкой конструкторских и технологических проектов, а также планов управления, и вспомогательное производство, связанное с созданием и сопровождением собственно программных средств. Соответственно и цели компьютеризации инженерной деятельности следует разбить на две группы: основные и вспомогательные. Некоторые аспекты достижения основных целей автоматизации проектирования технологических процессов мы обсудили выше. Но при создании современных открытых систем не менее значимы и вспомогательные цели.
К числу вспомогательных целей автоматизации проектирования относятся: уменьшение трудоемкости разработки программных средств, адаптации их к условиям эксплуатации при внедрении, а также их сопровождения, то есть модификация, обусловленной необходимостью устранения выявленных ошибок и (или) изменения функциональных возможностей.
Средством для сокращения трудоемкости разработки программных средств является использование инструментальной среды и ее мобильность. Метаинструментальная среда СПРУТ содержит полный набор инструментальных средств, необходимых для разработки конструкторских и технологических САПР. Поскольку среда СПРУТ является надстройкой над операционной системой и принадлежит к числу систем интерпретирующего типа, она обладает свойством мобильности. Перевод среды из одной операционной системы в другую требует только замены ее ядра. При этом все прикладные системы, разработанные с ее помощью, переносятся на новую платформу без каких-либо доработок.
Средством для сокращения трудоемкости адаптации систем к условиям эксплуатации на конкретном предприятии являются системы управления базами данных и знаний, ориентированные на конечного пользователя. Это означает, что упомянутые системы должны быть оснащены языками описания и манипулирования данных, доступными непрограммирующему пользователю.
Средством уменьшения трудоемкости сопровождения СПРУТ является модульность, открытость и модернизируемость ее программных средств. Это обеспечивает простоту замены и дополнения процедур, данных и знаний.
^ Методика описания изделий в интеллектуальных САПР ТП. Методика описания деталей и сборочных единиц в существующих конструкторских САПР является основным препятствием на пути создания интегрированных конструкторско-технологических систем. Модели изделий в современных системах являются геометрическими, в то время как для автоматизации проектирования технологических процессов необходимы модели концептуальные. Эта проблема была подробно рассмотрена в первой статье цикла в декабрьском номере журнала за прошлый год. Геометрическая модель позволяет рассчитывать траектории инструментов при обработке деталей на станках с ЧПУ и поэтому способна обеспечить основу для построения систем класса CAD/CAM. Однако на станках с ЧПУ обрабатываются далеко не все детали; да и для тех деталей, которые подлежат такой обработке, она составляет только часть маршрутного технологического процесса.
Концептуальная модель детали основывается на понятии конструкторско-технологического элемента (КТЭ). Такой элемент является конструкторским в том плане, что он выполняет в детали определенную конструктивную функцию, например: обеспечивает базирование детали в сборочной единице (цилиндрические и конические осевые отверстия, шпоночные пазы и т.п.) или соединяет деталь со смежными (резьбы, зубчатые венцы и т.п.). Вместе с тем КТЭ имеет один или несколько технологических маршрутов его изготовления, сформированных из набора переходов.
КТЭ обладают иерархической структурой, состоящей из уровней элементов комплексных, основных и дополнительных. В число комплексных входят осесимметричные, призматические элементы и отверстия. Такой набор определяется основными видами операций механической обработки деталей: токарной, фрезерной и сверлильно-расточной. Дополнительные элементы (выточки, пазы, канавки, фаски и т.п.) располагаются на основных, и к их обработке можно приступить только после предварительного формирования основных элементов.
Каждый КТЭ представляет собой объект со своим набором свойств. Имеется возможность наследования свойств от старшего объекта к младшему, например шероховатость «остального» от детали к ее элементам.
^ Системный подход к проектированию технологических процессов. Для системного анализа технологических процессов в машиностроении необходимо установить: номенклатуру элементов; состав элементов каждого типа; набор свойств этих элементов.
Процессы, в том числе и технологические, представляют собой класс технических систем, отличительной особенностыо которых является существенная зависимость от времени. Можно предложить следующую иерархическую классификацию элементов технологических процессов: план обработки, этап обработки, операция, переход, ход. План обработки складывается из этапов, этапы из операций, операции из переходов, которые формируются из рабочих и вспомогательных ходов. Перед началом формирования плана необходимо выбрать вид заготовки и ее свойства, из которых для проектирования ТП важнейшими являются квалитет точности размеров, припуски и напуски.
Этап обработки представляет собой последовательность операций, принадлежащих к одному технологическому методу и обеспечивающих одинаковое качество обработки. Полный набор этапов, из которых складывается план обработки, зависит от конкретных условий, однако при этом можно выделить следующую базовую совокупность: термический 1 (улучшение, старение); обработка баз; черновой; получистовой; термический 2 (закалка или улучшение); чистовой; термический 3 (азотирование или старение); отделочный; покрытий; доводочный (получение шероховатости до Ra=0,02).
Типаж операций и переходов определен в соответствующих классификаторах, а состав основных свойств — в стандартах ЕСТД.
Проектирование ТП на уровнях формирования последовательности этапов, операций и переходов складывается из двух фаз: структурного и параметрического синтеза. Структурный синтез должен установить последовательность элементов на соответствующем уровне. Задача параметрического синтеза заключается в формировании свойств элементов, включенных в технологический процесс. Основными операциями параметрического синтеза являются выбор средств технологического оснащения (станков, приспособлений, инструмента) и нормирование, включающее расчет режимов обработки.
Источник информации и степень инвариантности знаний структурного синтеза определяются иерархическим уровнем решаемой проблемы: проектирование маршрута изготовления детали (набора этапов и операций) или проектирование операционной технологии (набора переходов обработки КТЭ). В первом случае знания существенно зависят от организационно-технической структуры предприятия и его традиций. Эти знания индивидуальны для каждого предприятия. Во втором случае знания черпаются из справочников, методических пособий и нормативных материалов. Знания этого уровня относительно инвариантны и могут с минимальными изменениями использоваться на различных предприятиях.
Основной целью создания интеллектуальных САПР ТП является простота и удобство представления знаний для структурного и параметрического синтеза.
^ Метод представления знаний структурного синтеза. При проектировании структуры технологических процессов традиционно используются типовые и групповые ТП. Типовые процессы применяются для деталей, обладающих подобием в конструктивном и технологическом плане. С системной точки зрения к числу типовых относятся детали, имеющие одинаковую структуру, то есть набор и связи КТЭ. при различных значениях свойств этих элементов (размеров, свойств материала и т.п.). Групповые процессы используются для деталей, различных в конструктивном отношении, но подобных в технологическом плане. Такие детали обладают различной структурой КТЭ. На основе выбранного множества деталей, входящих в группу, обычно разрабатывают комплексную деталь, включающую все типы элементов, встречающихся у деталей группы. Для такой детали разрабатывается комплексный технологический процесс и формируется общая инструментальная наладка. Рабочий ТП для каждой детали из группы определяется составом ее КТЭ и представляет собой подмножество комплексного ТП.
Существуют схемы моделей различных методов. Типовая модель имеет фиксированную структуру. Структура рабочего процесса в групповой модели формируется путем удаления лишних технологических действий (операций или переходов). Наиболее общей является метамодель, представляющая собой И/ИЛИ-граф. В местах разветвлений на этом графе проставляются условия, определяющие выбор одного из возможных решений.
Если групповая модель строится на базе комплексной детали, то метамодель основывается на виртуальной детали. В отличие от комплексной, виртуальная деталь может не иметь физической реализации. Это происходит в тех случаях, когда в ее состав входят взаимоисключающие элементы, например дополнительные элементы, связанные со шпоночным или шлицевым соединением на одном и том же основном элементе — цилиндрической ступени вала.
Метамодель является наиболее общей, интегрируя в себе типовую и групповую. В отличие от групповой модели, для формирования структуры ТП она использует операции не только удаления, но и замены.
Простейший способ ввода таких знаний заключается в рисовании на экране И/ИЛИ-графа с простановкой в соответствующих местах на его ребрах условий выбора решений. Сам такой граф в целом также имеет условия своего применения. Именно таким образом, доступным для любого технолога, и организовано формирование знаний структурного синтеза в интеллектуальной САПР ТП, разработанной в «СПРУТ-Технологии». На основе такой информации автоматически генерируются программные средства базы знаний, которые затем используются при проектировании ТП. Для общепринятого набора КТЭ с использованием общемашиностроительных нормативных материалов разработана обширная база знаний структурного синтеза операционных технологических процессов токарной, фрезерной и сверлильно-расточной обработки.