Современное состояние автоматизации технологического проектирования 1 Компьютеризация подготовки производства в едином информационном пространстве предприятия

Вид материала

Документы

Содержание CATIA - Real Time Rendering 1 -фотореалистическая визуализация. CATIA — Team PDM 1 — система управления данными для команды пользователей CATIA. CATIA - СADAM Interface 1 - интерфейс обмена данными STEP AP203. CATIA - STEP AP203 Interface I - интерфейс обмена данными STEP АР203. CATIA - ICES Interface 1 -интерфейс обмена данными IGES. CATIA - Object Manager 1 - базовый модуль управления объектами CATIA. Платформа Р2. CATIA - Wireframe аnd Surface 2 - каркасное моделирование и поверхности. CATIA - Generative Shape Design 2 -проектирование сложных поверхностей. CATIA — Circuit Board Design 2 — проектирование электросистем. CATIA — Generative Assembly Structural Analysis 2 — анализ сборок на прочность. СATIA - Knowledge Advisor 2 - инструмент использования в проектировании базы знаний предприятия. Вместо выводов. Цели автоматизации проектирования технологических процессов и средства их достижения. Методика описания изделий в интеллектуальных САПР ТП. Системный подход к проектированию технологических процессов. Метод представления знаний структурного синтеза.

Подобный материал:

• 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.