Роль и место информационных технологий в машиностроении, типы различных сапр, их идеология. Лекции по дисциплине компьютерные технологии в машиностроении раздел

Компьютерные технологии в машиностроении

Машиностроение одна из старейших и главнейших отраслей промышленности. Но, как и любая другая область, машиностроение не могло обойтись без модернизации и внедрения новых технологий. Компьютерные технологии в производстве начали применяться сравнительно недавно, но уже смогли заметно облегчить труд работников и улучшить качество производства.

Однако, не смотря на общепринятое мнение, применение компьютерных технологий направлено не столько на автоматизацию производства, сколько на изменение самой технологии проектирования и производства, что само по себе существенно сокращает сроки создания продукции, позволяет снизить затраты на весь жизненный цикл изделия, а также повысить его качество.

Компьютерные технологии применяются не только для автоматизации станков и оборудования, но и для проектирования макета изделия. Это прежде всего применимо для сложных машиностроительных деталей. От компьютерных технологий требуется создание точного и подробного макета изготовляемой детали, в первую очередь это дает огромные возможности для создания более качественной продукции в более сжатые сроки.

В процессе проектирования за частую участвует несколько человек, и для более точной и быстрой работы они должны смотреть за работой друг друга, и одновременно создавать на компьютерах модели детали, узлов, агрегатов и т.п.

В процессе так же должен решаться ряд косвенных вопросов, таких как, виды инженерного анализа, моделирование всевозможных ситуаций, компоновка изделий и т.д.

Одновременно с созданием проекта вся возможная информация передается на производство для налаживания его процесса еще до создания готового макета.

Компьютерные программы на производстве

Для компьютерного проектирования на производстве применяются системы автоматизированного проектирования инженерного анализа, а также технологии подготовки производства (CAD/CAE/CAM).

Подобные технологии получили широкое применение на Западе, в различных отраслях машиностроения. В России же подобные технологии применяются в крупных компаниях.

Многие российские компании внедрили в свое производство такие программы проектирования как: AUTOCAD, CATIAV6, Компас-3D и многие другие.

Наиболее значимые компьютерные технологии применены в компаниях с массовым и крупносерийным производством. В России так же широко применяются для автоматизации производства отечественные разработки (1C Предприятие).

Опыт внедрения компьютерных технологий оказал существенное влияние на производительность. В плане экономики отрасли, применяющие компьютерные технологии, развиваются на 1,5 раза быстрее.

Однако не многие предприятия готовы к переходу на компьютерное производство полностью - зачастую на них заменяется 30-40% оборудования, учитывая это не многие из них могут достичь хотя бы 50% ожидаемого роста.

Замечание 1

Большинство компьютерных программ сделаны на основе западных стандартов, что значительно тормозит процесс их внедрения, так как управленческие и производственные процессы не соответствуют зарубежным стандартам.

На мелкосерийном производстве компьютерные технологии практически не применяются, в частности это относится к судостроению. Так как все судно собирается поэтапно, а подгонка и проверка проводится на месте, что делает каждое судно уникальным. А это значит, что для каждого судна изготавливается свой проект и своя документация.

Зачастую в судостроении отсутствует выпуск одинаковых деталей. При этом важным моментом считается при внедрении то, что довольно сложно наладить работу с документацией, а любая компьютерная система не способна работать исправно при недостатке информации.

Так же компьютеры широко применяются непосредственно на производстве. Каждый диспетчер на заводе в своем распоряжении имеет автоматизированную систему, которая отвечает за работу нескольких станков, программ, технологий. Так же компьютеры применяются при контроле давления и температур, подавая сигнал об их чрезмерном снижении или повышении.

Роботы в машиностроении

Так же не стоит забывать о применении роботов на производстве. Первым полноценным роботом стал Unimate, который представляет собой механическую руку, произведенный в 1961 году для General Motors. Он выполнял последовательность действий, которые были записаны на барабан.

Начиная с 1970-х годов производство и использование роботов начало активно развиваться. в начале они применялись для использования опасных и не сложных, однообразных работ. Наиболее востребованы роботы были на автомобильном производстве, где они осуществляли:

• сварку,
• штамповку,
• покраску,
• сборку.

Внедрение подобных технологий значительно сократило рабочий труд на заводах.

Замечание 2

Существует ряд полностью автоматизированных фабрик, например, фабрика в Техасе по производству клавиатур – IBM, такие фабрики называют «без освещения».

На подобных фабриках все производство автоматизировано, людей полностью заменили компьютеры, и фабрика может работать без выходных.

К тому же компьютеры не нуждаются в перерывах на обед, а, следовательно, значительно увеличивают количество производимой продукции. Так же стоит заметить, что компьютерная система не способна сбиться или что-то пропустить.

Так же компьютеры и автоматизированные системы могут выполнять работу, которая является для людей сложной, а зачастую и опасной.

В настоящее время компьютеры стали неотъемлемой частью технологического процесса на производстве. Круг предметов и явлений попадающих под влияние компьютерных технологий постоянно расширяется. В любой инженерной деятельности используются компьютерные технологии. Он сопровождают деталь на всем ее жизненном цикле, от планирования до выпуска. На многих заводах стали применять технологии пространственного проектирования, а для некоторых она стала главным инструментом конструкторской документации и технологического процесса. Так же компьютерные технологии помогают решить проблемы связывания нескольких технологий, с применением общей базы данных.

Девжеева Т.Г. 1 , Калинкин А.К. 2

1 Старший преподаватель, 2 старший преподаватель, Альметьевский государственный нефтяной институт.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Аннотация

В статье рассматриваются возможности CAD/CAM/CAE-систем в машиностроении, которые позволяют сократить срок внедрения новых изделий, а также оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции, повышая, тем самым, ее конкурентоспособность.

Ключевые слова: система автоматизированного проектирования, технологический процесс, управляющая программа.

Devzheeva T.G. 1 , Kalinkin A.K. 2

1 A senior teacher, 2 a senior teacher, Almetyevsk State Oil Institute

RELEVANCE OF APPLICATION OF INFORMATION TECHNOLOGIES IN MECHANICAL ENGINEERING

Abstract

In article possibilities of CAD/CAM/CAE systems in mechanical engineering which allow to reduce the term of introduction of new products are considered, and also have essential impact on the production technology, allowing to increase quality and reliability of products, increasing, thereby, its competitiveness.

Keywords: system of the automated design, technological process, the operating program.

Успешная деятельность различных предприятий во многом зависит от их способности накапливать и перерабатывать информацию. Сегодня без компьютерной автоматизации уже невозможно производить современную конкурентоспособную технику. САПР в машиностроении используется для проведения конструкторских, технологических работ, работ по технологической подготовке производства. С помощью САПР выполняется разработка чертежей, производится трехмерное моделирование изделия и процесса сборки, проектируется вспомогательная оснастка, например штампы и пресс-формы, составляется технологическая документация и управляющие программы (УП) для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), ведется архив. Современные САПР применяются для сквозного автоматизированного проектирования, технологической подготовки, анализа и изготовления изделий в машиностроении, для электронного управления технической документацией. Объединение САПР с автоматизированной системой управления предприятием (бухгалтерский учет, экономический анализ и прогноз, вопросы материально-технического снабжения, управление складами, планирование и диспетчеризация производственных процессов) позволяет создать единый информационный комплекс.

Задача современного производства – это как можно быстрее выдать готовый продукт при минимальных затратах. Появление какого-либо изделия можно представить в виде:

• Первый уровень – формируется объект, обладающий рядом свойств.
• Конструкторско-технологический уровень – объект формируется окончательно, происходит его разработка с точки зрения конструктора и технолога.
• Производственный уровень – это реальное воплощение объекта, подготовка оснастки для его производства.
• Последний уровень – выдача заказа.

Со второго и третьего уровня происходит пополнение базы конструкторских и технологических решений, оттуда же берутся уже готовые решения, когда-то отработанные и проверенные, либо какие-то решения отвергаются как заведомо невыполнимые, убыточные.

Но это, идеальная схема. На деле, в данной схеме возможны многочисленные обратные связи. Основная проблема – это недостаток информации об объекте производства и/или ее неверное истолкование, а также большие затраты времени на обработку этой информации. Одно из средств, позволяющих сильно сократить время проектирования – это САПР.

Технология CAD/CAM/CAE призвана обеспечить ускорение и упрощение процесса производства. Данная технология направлена на избежание ошибок при управлении сложным циклом разработки и производства детали, учитывает многие факторы, которые ранее не учитывались из-за сложности расчетов.

Существуют множество самых разных САПР, как похожих друг на друга, так и весьма отличающихся. В основном существует такая классификация пакетов САПР :

1. Тяжелые САПР. Обеспечивают полный цикл проектирования от разработки внешнего вида, до подготовки документации и разработки управляющих программ. Такие САПР – это Unigraphiсs, CATIA, Pro/Engineer.
2. Средние САПР. Полного цикла не обеспечивают, обычно имеют провалы в цепи проектирования. Из российских производителей среднего САПР наиболее широко известны фирма «АСКОН», САПР «Компас», и фирма «Топ-системы», которая разрабатывает САПР Т-flex.
3. Легкие, или т.н. «специализированные» САПР, которые решают только узкие задачи проектирования – например, только проектирование кулачков или пресс-форм. В качестве примера можно привести продукцию фирмы Delcam, которая никак не может обеспечить полный цикл проектирования, но зато обеспечивает создание управляющих программ для фрезерных станков с ЧПУ. Из российских вариантов специализированного САПР можно выделить ГЕММУ и ADEM.

Все САПР основываются на представлении каким-либо образом объектов производства: двухмерный чертеж; трехмерная модель; математическая модель объекта; готовая деталь.

Наибольшее распространение сейчас получили трехмерные модели – как наиболее простые и функциональные, исключающие возможность двойного толкования и удобные в построении. Но математическое моделирование все больше и больше распространяется в мире, уже многие САПР, в основном тяжелые, работают именно с математическими моделями.

Разные САПР создаются для решения разных задач, причем весьма отличающихся друг от друга. И соответственно отличается их идеология, способы построения объектов, требуемое программное обеспечение. Иметь на производстве несколько типов разных САПР нецелесообразно. Особенно, если существуют трудности с импортом-экспортом моделей. Например, конструкторский отдел использует Mechanical Desktop, и создает чертежи в формате AutoCAD, а технологи работают с t-flex ЧПУ. В данном случае t-flex не может правильно интерпретировать файлы AutoCAD, а возможности в Mechanical Desktop по переводу данных в формат t-flex фирма AutoDesk не предусмотрела.

Потому САПР внедряют для всего производства сразу и к каждому САПР разрабатываются самые разнообразные модули.

Например, использование программного модуля на базе Инвариантного постпроцессора IPP, предназначенного для преобразования файла траектории движения инструмента и технологических команд в файл управляющей программы, адаптированной к конкретному комплексу «станок-система ЧПУ», позволяет инженеру-технологу формировать УП, не зная языка программирования.

При проектировании и изготовлении изделия в условиях конкуренции модульная структура САПР позволяет: виртуально испытывать и как можно быстрее разрабатывать модели, отрабатывать технологию, исключать многие ошибки; технология CAM позволяет быстро изготовить различные детали; CAD – спроектировать новые конструкции.

Рассмотрим на примере детали типа «импеллер» эффективность применения модуля CAM системы Sprut-Технология . Такие детали изготавливаются методом копирования. Оборудование, на котором производится обработка, морально устаревает и предлагается его замена на современный 5-ти координатный обрабатывающий центр. В связи с этим, необходим расчет траектории при фрезеровании криволинейных поверхностей на станках с ЧПУ.

Суть работы в CAM системе сводится к определенному алгоритму действий. Технолог должен задать обрабатываемую модель и общие требования к процессу обработки, такие как высота гребешка, максимальный угол врезания, способы подхода и т. п. По введенной информации система автоматического программирования рассчитает оптимальную траекторию с учетом кинематики станка и крепежной оснастки.

Работа начинается с загрузки в SprutCAM 3D модели детали, которую необходимо обработать. В качестве оборудования для обработки выбран 5-координатный обрабатывающий центр MIKRON UCP 600 Vario.

Обработка детали будет происходить в три этапа. Вначале необходимо выбрать большую часть материала между стенками лопаток. Если пользоваться стандартными методами задания рабочих зон система не будет понимать, что именно от нее требуется. Для решения этой задачи необходимо правильно обозначить область обработки, для чего проецируем на плоскость YX границы межлопаточного пространства (рис. 1).

Рис.1. Проекция границ межлопаточного пространства

Затем в режиме 2D редактора достраиваем область обработки, полностью включающую в себя межлопаточное пространство. Выполнив это, мы обеспечиваем абсолютные гарантии того, что обработка будет производиться только в заданной области.

Далее задаем ряд параметров: режущий инструмент, нижний уровень, шаг по Z, радиальный и осевой припуски. Выполнив вышеперечисленные действия, мы получим удовлетворяющую нас траекторию черновой выборки межлопаточного пространства.

Одним из плюсов SprutCAM является возможность размножения траектории по оси различными методами.

Следующим этапом будет чистовая обработка самих лопаток. Для этого необходимо выбрать все поверхности, образующие стенки лопаток и описать их как направляющие поверхности в виде изолиний с шагом 0,2. В результате мы получим траекторию, огибающую контур лопатки, изменяющуюся с шагом по Z на 1 мм (рис. 2).

Рис.2. Траектория чистовой обработки боковой поверхности лопатки

Заключительным этапом является обработка дна межлопаточного пространства. Благодаря возможности копирования параметров операций, мы указываем те же параметры, что и в первой операции, и система сама просчитает, что необходимо доработать. В нашем случае это будет дно межлопаточного пространства.

Таким образом, использование системы SprutCAM для расчета управляющих программ обработки деталей, позволит в кратчайшие сроки организовать изготовление импеллера c учетом требуемого качества и трудоемкости обработки.

Литература

1. Левин В.И. Информационные технологии в машиностроении / В.И.Левин. – М. : Издательский центр «Академия», 2013. - 272 с.
2. Матвеев В.Н. Повышение эффективности станков с ЧПУ путем создания программных модулей / В.Н. Матвеев, Е.И. Егорова // Материалы научной сессии по итогам 2003 г. – Альметьевск: АГНИ, 2004. – С.25.
3. СПРУТ – технология [Офиц. сайт]. URL:http://www.sprut.ru /(дата обращения: 10.11.2014).

References

1. Levin V.I. Informacionnye tehnologii v mashinostroenii / V.I.Levin. – M. : Izdatel’skij centr «Akademija», 2013. - 272 s.
2. Matveev V.N. Povyshenie jeffektivnosti stankov s ChPU putem sozdanija programmnyh modulej / V.N. Matveev, E.I. Egorova // Materialy nauchnoj sessii po itogam 2003 g. – Al’met’evsk: AGNI, 2004. – S.25.
3. SPRUT – tehnologija . URL: http://www.sprut.ru / (data obrashhenija: 10.11.2014).

ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ» РАЗДЕЛ «Информационные технологии» 2 семестр Введение 1. Концепция CALS технологий. Единое информационное пространство 2. Виртуальное предприятие 3. Нормативная база 3. 1. Стандарт ISO 10303 STEP 3. 2. Методология функционального моделирования IDEF 4. Интерактивные электронные технические руководства 5. Вопросы защиты информации 6. Внедрение CALS технологийна промышленных предприятиях

ВВЕДЕНИЕ В настоящее время широкое распространение получили глобальные информационные технологии, называемые CALS технологиями (Continuous Acquisition and Life cycle Support) это непрерывная информационная под держка всего жизненного цикла (ЖЦ) продукции, которая базируется на стандартизации методов представления данных на каждой стадии жизненно го цикла изделия и на безбумажном электронном обмене данными. Кроме этого концепция CALS определяет набор правил, регламентов и стандартов, в соответствии с которыми строится электронное взаимодействие участников процессов проектирования, производства, испытания и т. д. на базе инфор мационного, а не территориального пространства, т. е. создаются виртуаль ные предприятия и конструкторские бюро.

Одной из основополагающих частей CALS идеологии является техно логия хранения и управления данными о продукте PDM технология (Product Data Management), которая позволяет решить указанные выше про блемы путем использования стандартизованного интегрированного описания изделия, которое, в свою очередь, базируется на стандарте ISO 10303 STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data) /ГОСТ Р ИСО 10303 1 99/. Стандарт STEP регламентирует логическую структуру базы данных, номенк латуру информационных объектов, хранимых в базе данных (для различных предметных областей: самолетостроения, машиностроения, автомобиле строения и т. п.), их связь и атрибуты, которые в данном стандарте называют «интегрированными ресурсами» .

Вторым основополагающим методическим аспектом CALS идеологии после PDM технологии является стандартизованная методология функцио нального моделирования IDEF/0 (Integrated Definition for Process Modelling) /регламентируется федеральными рекомендациями США FIPS 183/, кото рая используется для функционального моделирования (анализа и реструкту ризации) процессов управления (бизнес процессов). Методология преду сматривает идентификацию основных пунктов процесса управления, описа ние образования входных элементов каждого пункта процесса под его воз действием в выходные элементы, описание элементов управления процессом (например: график, алгоритм, расписания, рабочая инструкция, стандарт и т. п.), а также, какие механизмы или ресурсы используются для реализации этого пункта процесса.

На сегодняшний день очевидной становится необходимость перехода на безбумажные технологии поддержки процессов эксплуатации и сервисно го обслуживания. Третьим из важнейших компонентов CALS является обес печение персонала эксплуатационной и ремонтной документацией, выпол ненной в электронном виде. Интерактивные электронные технические руко водства (ИЭТР) представляют собой программный комплекс, содержащий взаимосвязанные технические данные, необходимые при эксплуатации, обслуживании и ремонте изделия. Интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР) предоставляют в интерактивном режиме справочную и описательную информацию об эксплуатационных и ремонтных процедурах, относящихся к конкретному изделию, непосредственно во время их проведе ния.

Целью CALS является ускорение вывода на рынок новых образцов про дукции, сокращение затрат на разработку, проектирование и производство, сокращение «стоимости владения» (т. е. совокупности затрат на поддержание в работоспособном состоянии) и улучшение качества на всех стадиях ЖЦ. Внедрение CALS технологий позволяет получить значительные техни ческий и экономический эффекты на основных стадиях жизненного цикла изделий, которые дают возможность повышения конкурентоспособности создаваемой продукции (рис. В 1.)

Таким образом, речь идет о полном, централизованном и постоянном автоматизированном контроле за всей совокупностью данных, описывающих как само изделие, так и процессы его конструирования, производства, экс плуатации и утилизации.

ТЕМА 1. КОНЦЕПЦИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ. Единое информационное пространство Основное содержание концепции CALS технологий, принципиально отличающее ее от других, составляют инвариантные понятия, которые реали зуются (полностью или частично) в течение жизненного цикла изделия (ЖЦИ).

Эти инвариантные понятия условно делят на три группы (рис. 1. 1): 1. базовые принципы CALS; 2. базовые управленческие технологии; 3. базовые технологии управления данными.

К первой группе относят: системную информационную поддержку ЖЦИ на основе использова ния интегрированной информационной среды (ИИС) или единого информа ционного пространства (ЕИП), которое обеспечивает минимизацию затрат в ходе ЖЦ; информационную интеграцию за счет стандартизации информацион ного описания объектов управления; разделение программ и данных на основе стандартизации структур данных и интерфейсов доступа к ним, ориентация на готовые коммерческие программно технические решения (Commercial Of The Shelf COTS), соот ветствующие требованиям стандартов; безбумажное представление информации, использование электронно цифровой подписи; параллельный инжиниринг (Concurrent Engineering); непрерывное совершенствование бизнес процессов (Business Processes Reengineering).

Ко второй группе относят технологии управления процессами, инвари антные по отношению к объекту (продукции): управление проектами и заданиями (Project Management/Workflow Management); управление ресурсами (Manufacturing Resource Planning); управление качеством (Quality Management); интегрированную логистическую поддержка (Integrated Logistic Sup port.) К третьей группе относят технологии управления данными об изделии, процессах, ресурсах и среде.

Так как стратегия CALS предполагает создание ЕИП для всех участни ков ЖЦИ (в том числе эксплуатирующих организаций), то ЕИП должно об ладать следующими войствами: с вся информация представлена в электронном виде; ЕИП охватывает всю информацию, созданную об изделии; ЕИП является единственным источником данных об изделии (прямой обмен данными между участниками ЖЦ исключен); ЕИП строится только на основе международных, государственных и отраслевых информационных стандартов; для создания ЕИП используются программно аппаратные средства, уже имеющиеся у участников ЖЦ.

Стратегия CALS предусматривает двухэтапный план создания ЕИП: 1. автоматизация отдельных процессов (или этапов) ЖЦИ и представле ние данных на них в электронном виде; 2. интеграция автоматизированных процессов и относящихся к ним данных, уже представленных в электронном виде, в рамках ЕИП. Основными преимуществами ЕИП являются: обеспечение целостности данных; возможность организации доступа к данным географически удален ных участников ЖЦИ; отсутствие потерь данных при переходе между этапами ЖЦИ; изменения данных доступны сразу всем участникам ЖЦИ; повышение скорости поиска данных и доступа к ним по сравнению с бумажной документацией; возможность использования различных компьютерных систем для работы с данными.

ЕИП может быть создано для организационных структур разного уров ня: от отдельного подразделения до виртуального предприятия или корпора ции. Информацию, используемую в ходе жизненного цикла, можно условно разделить на три класса: о продукции, о выполняемых процессах, о среде, в которой эти процессы выполняются. На каждой стадии создается набор дан ных, который используется на последующих стадиях (табл. 1. 1). При этом различается и эффект, получаемый от создания ЕИП (табл. 1. 2.).

При реализации стратегии CALS должны использоваться три группы методов, называемых CALS технологиями: технологии анализа и реинжиниринга бизнес процессов набор ор ганизационных методов реструктуризации способа функционирования пред приятия с целью повышения его эффективности. Эти технологии нужны для того, чтобы корректно перейти от бумажного к электронному документообо роту и внедрить новые методы разработки изделия; технологии представления данных об изделии в электронном виде набор методов для представления в электронном виде данных об изделии, относящихся к отдельным процессам ЖЦИ. Эти технологии предназначены для автоматизации отдельных процессов ЖЦ (первый этап создания ЕИП); технологии интеграции данных об изделии набор методов для инте грации автоматизированных процессов ЖЦ и относящихся к ним данных, представленных в электронном виде, в рамках ЕИП. Эти технологии отно сятся ко второму этапу создания ЕИП.

Основными компонентами CALS технологий являются (рис. 1. 2): инструментальный комплекс технических и программных средств ав томатизированного проектирования изделий (CAD Computer Aided Design); системы автоматизации технологической подготовки производства (CAM Computer Aided Manufacturing); системы инженерного анализа (CAE Computer Aided Engineering); средства реализации технологии параллельного тотального проекти рования в режиме группового использования данных (Concurrent Engineering); система управления проектными и инженерными данными (EDM Enterprise Data Management);

системы визуализации всего процесса разработки документации (Project Management); мощные средства хранения и управления данными о проекте (PDM Product Data Management); системы управления производством (MRP Manufacturing Require ment Planning); системы планирования и управления предприятием (ERP Enterprise Resource Planning); системы управления цепочками поставок (SCM Supply Chain Man agement); системы совместного электронного бизнеса (CPC Collaborative Product Commerce); системы управления продажами и обслуживанием (S&SM Sales and Service Management); программно технологические средства, реализующие технологию создания и сопровождения информационных систем (CASE Computer Aided Software Engineering); SCADA; CNC; CRM; MES (см. приложение)

Перечисленные автоматизированные системы могут работать автоном но, но создание ЕИП диктует, чтобы данные, генерируемые в одной системе, были доступны в других системах для повышения эффективности автомати зации. Единое информационное пространство обеспечивается благодаря унификации как формы, так и содержания информации о конкретных изде лиях на различных этапах ЖЦ. Унификация формы достигается использованием стандартных форма тов и языков представления информации в межпрограммных обменах и при документировании.

Унификация содержания как однозначно правильная интерпретация данных о конкретном изделии на всех этапах его ЖЦ обеспечивается разра боткой онтологий приложений, закрепляемых в прикладных CALS протоколах. Унификация перечней и наименований сущностей, атрибутов и отно шений в определённых предметных областях является основой для единого электронного описания изделия в CALS пространстве

Схема слева идеальна.

На первом уровне формулируются какие-то требования к детали, требования к ее свойствам, к финансовым затратам. Можно сказать, что на этом уровне формируется объект, обладающий рядом свойств. Свойства эти необходимо обеспечить тем или иным образом, и эта задача возлагается на исполнителя.

Следующий уровень – конструкторско-технологический. Тут объект формируется окончательно, происходит его разработка с точки зрения конструктора и технолога. Конструктор разрабатывает объект, технолог продумывает, как этот объект будет воплощаться в реальности.

Производственный уровень – это реальное воплощение объекта, подготовка оснастки для его производства – тут идея объекта воплощается материально.

Последний уровень – выдача заказа.

Со второго и третьего уровня происходит пополнение базы конструкторских и технологических решений, оттуда же берутся уже готовые решения, когда-то отработанные и проверенные, либо какие-то решения отвергаются как заведомо невыполнимые, убыточные.

Но это, как уже говорилось, идеальная схема.

На деле, в данной схеме возможны многочисленные обратные связи, показанные на схеме справа синими стрелками.

Самый простой пример – недостаточно определены требования на первом уровне. Приходиться вновь обращаться к заказчикам (будь это заказчики со стороны или дизайнерский отдел), и просить их доработать изделие заново.

И идеальная схема приобретает такой вот вид – множество обратных связей, от производства к конструкторам, и прочих. Слишком много времени будет теряться на доработку уже готового продукта.

Приведенный ранее пример – достаточно простой, и его легко избегать, просто требуя возможно большую информацию об изделии. Но возможен и такой вариант, на примере пресс-форм. Предположим, что геометрические параметры литниковых каналов, через которые в пресс-форму заливается расплав, определены неправильно – размер канала оказался слишком велик. И придется переделывать всю формообразующую. Или готовое изделие прилипает к толкателям, и не сбрасывается.

В таком случае приходиться переделывать всю пресс-форму, а это затраты не только материальные, но и временные.

Как же выходят из этого положения в мире?

Фирма Siemens (Германия), являющаяся одной из старейших промышленных компаний мира, считает, что существует два решающих фактора, позволяющих сильно сократить время в практически любой технологической цепочке и избежать подобных ситуаций. Это:

1. Использование технологии CAE-CAD-CAM.

2. Использование технологических баз данных при работе над проектами.

(Например, в случае с пресс-формой использование технологических баз данных – это базы данных фирм, которые занимаются производством пресс-форм и разработкой новых стандартов для их производства).

Надо отметить, что оптимальный эффект получается при использовании обеих факторов совместно.

Технология CAE-CAD-CAM призвана обеспечить ускорение и упрощение процесса производства.

Данная технология направлена не на исключение человека из процесса производства – она всего лишь позволяет сильно сократить количество занятых на производстве людей, то есть – позволить меньшему количеству людей управлять сложным циклом разработки и производства детали, избежать ошибок, учесть многие факторы, которые ранее не учитывались из-за сложности расчетов.

Одно из средств, позволяющих сильно сократить время проектирования – это САПР, системы автоматизации проектирования.

В машиностроении САПР – это средство для представления объекта производства, создание его модели. Объект производства можно представить разным образом – от двухмерного чертежа по правилам ЕСКД до математической формулы. Модули (о которых будет рассказано ниже) всего лишь выполняют вспомогательную роль.

Вообще, любой объект в машиностроении требует представления – один человек должен объяснить другому, что именно он имеет в виду. Для этого была разработана система ЕСКД – чтобы избежать разночтений в способах представления объекта производства.

Так возникло понятие «модель объекта» - моделью объекта называется любой другой объект, все либо отдельные свойства которого полностью или частично совпадают со свойствами исходного. То есть, мы создаем какой-то объект производства со всеми заданными свойствами, что нас интересуют.

Модель создается ради исследований, которые провести на реальном объекте проводить либо невозможно, либо дорого, либо просто неудобно. Можно выделить несколько целей, ради которых создается модель:

–Модель как средство осмысления помогает выявить взаимозависимости переменных, характер их изменения во времени, найти существующие закономерности. При составлении модели изучается, классифицируется и становиться наиболее понятной структура объекта производства.

–Модель как средство прогнозирования позволяет научиться предсказывать поведение объекта производства и управлять им, испытывая различные варианты поведения модели. Эксперименты с реальным объектом достовернее, но они занимают больше времени и требуют гораздо более больших затрат, а иногда такие эксперименты и просто невозможны (в том случае, если объект производства еще только проектируется).

–Построенные модели могут использоваться для нахождения оптимальных параметров, исследования особых режимов и параметров объекта производства.

–Модель может так же в некоторых случаях заменить исходный объект при обучении.

С помощью САПР возможно наиболее быстро сформировать модель практически любого объекта производства.

Как уже говорилось, существуют множество самых разных САПР, как похожих друг на друга, так и весьма отличающихся.

В основном существует такая классификация пакетов САПР.

1.Тяжелые САПР. Обеспечивают полный цикл проектирования, полную привязку всей конструкции. Полный цикл – это совокупность всего, что необходимо – от разработки внешнего вида объекта (то, что иностранцы называют модным словом «дизайн»), до подготовки документации и разработки управляющих программ.

2.Средние САПР. Полного цикла не обеспечивают, обычно имеют провалы в цепи проектирования, не обеспечивая полного цикла. Но в рамках своей задачи эти САПР справляются весьма успешно. Средние САПР разрабатывались либо фирмами, не обладающими достаточной квалификацией для создания тяжелого САПР, либо не ставящими перед собой такой задачи. В основном, средние САПР имеют обязательно понятие «сборка-деталь», и ряд модулей для помощи в процессе проектирования-производства.

3.Легкие, или т.н. «специализированные» САПР, которые решают только узкие задачи проектирования – например, только проектирование кулачков или пресс-форм. Иногда такие САПР называют «экзотическими», потому что они решают отдельную узкую задачу под конкретное небольшое производство.

Рассмотрим все три типа несколько подробнее.

Тяжелые САПР предлагают полный цикл проектирования – все, что только может понадобиться конструктору. Скажем, при проектировании самолета в тяжелый САПР вкладываются модули, предназначенные для аэродинамических расчетов, расчеты по сопротивлению материалов, производство пресс-форм для отливки корпуса приборной панели, модули ЧПУ – все, что только может понадобиться при расчете и подготовке к производству конструкции. В России пока что не создано что-то подобное, в частности, из-за недостаточной квалификации программистов.

Обычно завод имеет один пакет тяжелой САПР с набором необходимых модулей, создаваемых либо самостоятельно, либо закупаемых на стороне, которая и решает все задачи по проектированию. ТакиеСАПР – это Unigraphi сs, CATIA, Pro/Engineer.

Средние САПР такого полного проектирования не дают, хотя и очень стараются к этому приблизиться, как Solid Works и AutoDesk Inventor . Нельзя сказать, что в этом они не добились определенных успехов, но все же пока что отстают от тяжелых САПР. Средним САПР нельзя доверить весь цикл производства, потому что они просто его не обеспечат на должном уровне. Из российских производителей среднего САПР наиболее широко известны фирма «Аскон», САПР «Компас», и фирма «Топ-системы», которая разрабатывает САПР Тфлекс (на примере продукции этой фирмы можно проследить наиболее широко известные ошибки создателей подобного программного обеспечения).

Специализированные САПР полностью провязывают только что-то одно, и им обычно нет нужды в тщательной проработке деталей. Честно говоря, с такой задачей может справиться и модуль под тяжевый или даже средний САПР – например, специальная программа для расчета раскроя материала или специальная программа для проектирования пресс-форм. При некоторых условия такие САПР могут полностью удовлетворить какие-то отдельные потребности производства – например, технологии литья или подготовка управляющих программ для станковс ЧПУ. В качестве примера можно привести продукцию фирмы Delcam , которая никак не может обеспечить полный цикл проектирования (Power Shape , хотя и обладает великолепными средствами построения поверхностей, не может быть использован как полноценный CAD для моделирования, так как лишен параметризации и многих весьма важных для проектирования возможностей), но зато обеспечивает великолепные инструменты создания управляющих программ для фрезерных станков с ЧПУ. Из российских вариантов специализированного САПР можно выделить ГЕММУ и ADEM .

Все САПР основываются на представлении каким-либо образом объектов производства, т.е. определении объекта производства. Под определением объекта производства (детали или какой-либо конструкции) понимается четкое и недвусмысленное толкование всех ее параметров – геометрических, физических, химических и прочих.

Рассмотрим подробнее используемые на сегодняшний день способы определения объекта производства.

Это может быть:

1.Двухмерный чертеж.

2.Трехмерная модель.

3.Математическая модель объекта.

4.Готовая деталь.

Двухмерные чертежи – это те же ручные чертежи, только в электронной форме. Скорость черчения увеличивалась ненамного, в среднем в полтора раза, но зато сам процесс черчения становился намного удобнее. Пример таких чертежей – это AutoCAD , который нацелен именно на двухмерное черчение (Аналог AutoCAD а, Mechanical Desktop , все же использует большей частью трехмерные модели). Двухмерное черчение обогатилось новыми инструментами – создание фасок, скруглений и прочих атрибутов чертежа, и весьма сильно упростилось по сравнению с ручным проектированием.

Трехмерные модели сегодня используют большинство САПР, но одним из первых это сделал Unigraphiсs. Преимущества трехмерных моделей – это прежде всего простота их создания и однозначность толкования. Если в составлении двухмерного чертежа еще возможны какие-то ошибки, которые могут привести к пространственному искажению поверхности, то при трехмерном проектировании такие искажения исключены (при правильной работе ядра САПР). Трехмерные модели создавать быстрее, и получать по ним двухмерные чертежи удобнее, чем рисовать эти чертежи в двухмерной проекции.

Математическая модель объекта – это прежде всего расчеты, которые каким-то образом определяют объект производства. Рассмотрим пример – человек создает модель детали, о которой до того времени ничего не слышал. Более того, данная деталь уникальна для своего класса, которые до сих пор не создавались. В таком случае нужно сначала провести серию экспериментов с похожими деталями, чтобы выявить обще закономерности и хоть как-то описать создаваемый объект.

Но такие уникальные объекты – вещь довольно редкая в инженерной практике. Скорее всего для описания данной детали можно применить универсальные законы физики, химии, механики – и модели похожих деталей можно отыскать в справочной литературе.

Такую форму используют в основном тяжелые САПР, а также специализированные программы, предназначенные для каких-то конкретных действий, например, программы, предназначенные для математического моделирования.

Также возможно представление по модели – то есть по готовой уже детали. Например, требуется сделать пресс-форму на уже известную деталь, которая у нас уже есть, и нам нет необходимости готовить на нее рабочую документацию. Готовая деталь измеряется на измерительной машине, эти данные передаются в САПР, которая уже сама строит деталь в электронной форме – например, как море точек.

Вспомним схемы вверху. Основные проблемы там – это недостаток информации об обете производства и/или ее неверное истолкование, а также большие затраты времени на обработку этой информации. То есть информация есть, а как корректно передать ее с одного уровня на другой, не знают.

Какой же вид представления детали (или конструкции) для нас наиболее удобен? Предложим ряд требований, которые нам будут крайне необходимы.

Итак.

Нам необходимо, чтобы деталь (или конструкцию) можно было просто разработать – то есть, создать, провести какие-то расчеты, скорректировать по ним готовую деталь (или конструкцию).

Нам необходимо полностью исключить возможность двойного толкования детали (или конструкции). Чтобы любой человек понял абсолютно правильно каждую линию, каждый размер.

Нам необходимо сделать так, чтобы деталь (или конструкция) была понятна всем – или, по крайней мере, мы могли бы ее перевести в понятный на конкретном этапе производства формат. Проще говоря, мы должны обмениваться информацией с минимальными потерями и минимальными искажениями.

Несомненно, существует еще ряд требований, но все вышеизложенное – это главное, остальные требования будут второстепенны.

Рассмотрим с этих трех позиций все изложенные выше способы определения деталей.

Двухмерные чертежи слишком сложны, их слишком долго создавать, особенно если деталь сложной пространственной формы. При определенных навыках искажения информации об объекте производства (детали или конструкции) будет минимальна, но такие навыки требуют долгого развития и не каждый начинающий инженер обладает ими в должной мере.

Трехмерная модель – создавать ее намного проще, чем двухмерные чертежи. Это обусловлено тем, что любая деталь прежде всего представляется в трех измерениях, в том числе и на начальных этапах проектирования. С точки зрения геометрических характеристик трехмерная модель идеальна. Но с ней нельзя провести расчеты, определить ее прочие, не геометрические параметры. Трехмерная модель определяет только пространственную геометрию объекта, а в некоторых случаях этого нам недостаточно.

Математическая модель, которая определяет не только пространственную геометрию, но и физико-химические параметры модели – идеальна для проведения расчетов, но не все САПР ее могут создавать и корректно с ней работать.

Готовая модель объекта – не всегда она присутствует в наличии.

Наибольшее распространение сейчас получили все же трехмерные модели – как наиболее простые и функциональные, исключающие возможность двойного толкования и удобные в построении. В самом деле, гораздо удобнее представить большинство деталей в трехмерном построении, чем в виде математических зависимостей. Но математическое моделирование все больше и больше распространяется в мире, уже во многие САПР умеют работать именно с математическими моделями.

Рассмотрим трехмерные детали подробнее.

Мне удалось выделить три основных метода получения трехмерной твердотельной модели, используемой практически повсеместно.

1. Большинство деталей машиностроения можно представить как совокупность простых геометрических тел – параллелепипед, шар, тороид и прочих. То есть, рисуется простейший эскиз – контур, с ним проводятся операции – вытягивание или вращение, и получается твердое тело. Из этих фигур методами логических операций – логическое сложение, логическое вычитание, логическое пересечение – получают желаемую фигуру. Наиболее удобные инструменты проектирования простых геометрических фигур представляет Solid Works.

Информационные технологии в машиностроении

Нужен ли предмет «Информатика» в техникуме? Я работаю в Машиностроительном техникуме многие ребята приходя на урок говорят: «А зачем нам это учить?»

Технология - это комплекс научных и инженерных знаний, реализованных в приемах труда, наборах материальных, технических, энергетических, трудовых факторов производства, способах их соединения для создания продукта или услуги, отвечающих определенным требованиям. Поэтому технология неразрывно связана с машинизацией производственного или непроизводственного, прежде всего управленческого процесса. Управленческие технологии основываются на применении компьютеров и телекоммуникационной техники.

Согласно определению, принятому ЮНЕСКО, информационная технология - это комплекс взаимосвязанных, научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы. Сами информационные технологии требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоемкой техники. Их введение должно начинаться с создания математического обеспечения, формирования информационных потоков в системах подготовки специалистов.

Примерно 15 лет назад, мы и представить не могли, как тесно будет связано машиностроение и информационные технологии. Задача современного производства – это как можно скорее выдать готовый продукт при минимальных затратах. Это позволяет добиться прежде всего экономической эффективности, и, как следствие, окупаемости производства. В условиях жесткой конкуренции необходимо представить качественный продукт как можно быстрее, пока то же самое не успели сделать конкуренты. А если учесть, что на современном рынке множество фирм предлагают практически однотипную продукцию, то надо прилагать достаточно большие усилия, чтобы товар оставался конкурентоспособным. На мой взгляд для этого нужна система автоматизации проектирования. В машиностроении это средство для представления какого-либо объекта и представлении его модели. всеми заданными свойствами, что нас интересуют. Модель создается ради исследований, которые провести на реальном объекте либо невозможно, либо дорого, либо просто неудобно. Можно выделить несколько целей, ради которых создается модель:

–Модель как средство осмысления помогает выявить взаимозависимости переменных, характер их изменения во времени, найти существующие закономерности. При составлении модели изучается, классифицируется и становиться наиболее понятной структура объекта производства.

–Модель как средство прогнозирования позволяет научиться предсказывать поведение объекта производства и управлять им, испытывая различные варианты поведения модели. Эксперименты с реальным объектом достовернее, но они занимают больше времени и требуют гораздо более больших затрат, а иногда такие эксперименты и просто невозможны (в том случае, если объект производства еще только проектируется).

–Построенные модели могут использоваться для нахождения оптимальных параметров, исследования особых режимов и параметров объекта производства.

–Модель может так же в некоторых случаях заменить исходный объект при обучении.

С помощью системы автоматизации проектирования, возможно, наиболее быстро сформировать модель практически любого объекта производства.

Существуют множество самых разных САПР, как похожих друг на друга, так и весьма отличающихся.

В основном существует такая классификация пакетов САПР.

1. Тяжелые САПР. Обеспечивают полный цикл проектирования, полную привязку всей конструкции. Полный цикл – это совокупность всего, что необходимо – от разработки внешнего вида объекта (то, что иностранцы называют модным словом «дизайн»), до подготовки документации и разработки управляющих программ.

2. Средние САПР. Полного цикла не обеспечивают, обычно имеют провалы в цепи проектирования, не обеспечивая полного цикла. Но в рамках своей задачи эти САПР справляются весьма успешно. Средние САПР разрабатывались либо фирмами, не обладающими достаточной квалификацией для создания тяжелого САПР, либо не ставящими перед собой такой задачи. В основном, средние САПР имеют обязательно понятие «сборка-деталь», и ряд модулей для помощи в процессе проектирования-производства.

3. Легкие, или т.н. «специализированные» САПР, которые решают только узкие задачи проектирования – например, только проектирование кулачков или пресс-форм. Иногда такие САПР называют «экзотическими», потому что они решают отдельную узкую задачу под конкретное небольшое производство.

Современное производство тесно связано с информационными технологиями! Учите информатику!