На пути к комплексной автоматизации

Сегодня многие предприятия все чаще предпочитают выигрышную во многих отношениях комплексную автоматизацию по всем этапам жизненного цикла изделия. Задача данной статьи — рассмотреть один из подходов, предлагаемый российским заказчикам на пути движения к интегрированному производству.

Первый путь — комплексное решение задач конструкторско-технологической подготовки производства на базе одной программной системы, увязывающей в одно целое подсистемы CAD 2D, CAD 3D, ЧПУ 2D, ЧПУ 3D и интегрируя с «материнской» системой автоматизированного проектирования остальные модули на уровне разработчиков. Деталь (сборка, изделие) создается в единой интегрированной системе по цепочке 3D-модель — чертежная документация — управляющая программа для станка с ЧПУ. При этом возможен альтернативный вариант проектирования: чертежи детали — 3D-модель — и т.д. Результат — единый документ, в котором хранится вся информация о детали и ее изготовлении. В любой момент можно изменить какие-либо параметры детали с обновлением всех необходимых данных остальных подсистем.

Второй подход упрощенно сводится к следующему: для 3D-моделирования используется мощная система трехмерного моделирования (обычно от зарубежного производителя), для 2D — российская система, для станков ЧПУ — смешанный вариант. В этом случае для получения чертежей создаются 2D-проекции, которые экспортируются из системы моделирования в стандартном формате, скажем, DXF. Затем эти данные импортируются в 2D-систему, не связанную с системой моделирования, где на основе этих проекций оформляется чертежная документация. Для ЧПУ данные также экспортируются в промежуточный формат (например, IGES), а затем импортируются в систему ЧПУ, где дополняются информацией по особенностям обработки.

Как правило, второй путь ведет к созданию среды, которая весьма трудоемка для пользователя. Помимо того, что данные оторваны друг от друга и их совместная модификация приводит к большим сложностям, все программы построены на различных пользовательских интерфейсах, что усложняет освоение и работу. В ряде случаев могут возникнуть проблемы при передаче данных, поскольку экспорт и импорт через промежуточные форматы не всегда может гарантировать адекватность. Кроме того, учитывая итеративность процесса проектирования, время на внесение изменений при множестве систем и форматов растет почти экспоненциально. Данный подход возникает из реальной предыстории предприятия, либо в результате спонтанных приобретений предприятием новых систем.

В определенной мере развитие САПР во всем мире направлено на интеграцию программных продуктов в единую программную платформу, а не на комбинацию различных систем. Именно поэтому все «тяжелые» системы (Unigraphics, Pro/Engineer, Catia), предлагают интегрированные решения в рамках единой программной платформы.

Программная платформа, обеспечивающая комплексное решение задач конструкторско-технологической подготовки в широком смысле должна отвечать следующим ключевым свойствам:

• параметризация, как на уровне 3D-модели, так и при подготовке чертежной и технологической документации;
• развиваемое геометрическое ядро 3D моделирования;
• инструментарий для адаптации и создания приложений;
• поддержка CALS-технологий.

Рассмотрим реализацию такой программной платформы на основе системы T-FLEX.

Параметризация

В настоящее время среди средств трехмерного твердотельного моделирования практически нет систем, которые не обладали бы параметрическими возможностями. Обычно параметризация реализуется на уровне эскиза (профиля) для трехмерной операции и значений атрибутов операций (например, величина выталкивания), а в системах подготовки чертежей использование параметризации сильно ограничено. Большинство доступных систем не позволяет получать параметрические чертежи любой сложности, включая сборочные; в лучшем случае системы оснащаются параметрическими библиотеками стандартных элементов.

В таких системах, как SolidWorks, Solid Edge, Autodesk Mechanical Desktop, Inventor, используется параметрическая подсистема компании D-CUBED, построенная на параметризации по размерам. Эта подсистема ориентирована, прежде всего, на построение эскизов для трехмерных операций.

В T-FLEX используется геометрическая параметризация. Параметризуются все элементы: линии, сборки, тексты, атрибуты элементов. При этом параметры могут быть связаны любыми взаимоотношениями. Если же пользователю нет необходимости использовать параметризацию, то можно работать также как и в других системах черчения, например в AutoCAD. В трехмерном моделировании параметризация эффективно служит для построения эскизов и изменения любых атрибутов трехмерных операций. Кроме того, при пересчете измененных моделей часто возникают проблемы восстановления цепочек операций (для идентификации исходных элементов). Это касается отдельных деталей, сборочных конструкций, которые имеют склонность «рассыпаться», и чертежей, полученных на основе трехмерных моделей.

В версии T-FLEX CAD 7.1 предусмотрен новый механизм ассоциативной параметризации, который расширил рамки параметрической модификации сложных моделей. В частности, если при редактировании эскиза, задающего профиль выталкивания, удалить или изменить линии в контуре, то при последующем пересчете модели осуществляется адекватный поиск используемых топологических элементов, а все операции пересчитываются без вмешательства пользователя. Добавлены новые типы элементов построения, например, сплайн в полярной системе координат, с помощью которого удобно осуществлять проектирование кулачков и т. п.

3D-моделирование

Популярность Unigraphics, SolidWorks и Solid Edge позволяет говорить о лидерстве в этой области ядра Parasolid компании UGS. Быстрые и точные математические операции, поддержка многопроцессорной обработки, моделирование 3D-объектов любой сложности, наличие более 250 различных программ на Parasolid и свыше полумиллиона их пользователей — все это повлияло на решение о лицензировании Parasolid для построения T-FLEX. Начиная с версии 7.0, пользователи получили возможность работать в полнофункциональной САПР и напрямую обмениваться геометрическими данными с другими системами через модуль, позволяющий по моделям в формате Parasolid оформлять технические чертежи. Работа с единой структурой данных при моделировании отдельных деталей и сборочных конструкций исключает непродуктивные потери времени разработчиков, в частности при параллельной работе. Ключевым отличием T-FLEX CAD стала возможность моделирования сборочных конструкций по схеме «сверху — вниз», от сборки к детали (Рис. 1). Конструктор может после создания сборочной модели выгрузить любую деталь в отдельный файл для дальнейшей доработки или использования в других сборочных моделях. При этом сохраняются все параметрические связи, позволяющие реализовывать быструю и точную модификацию проектов (Рис. 2).

Рис. 1. Структура описания изделия

В версии 7.1 появились новые возможности по выполнению трехмерных операций, например, выталкивание от грани до грани, от поверхности до поверхности, через всю модель, на расстоянии от поверхности. Можно также задать путь, вдоль которого «идет» поверхность. Профили и пути могут быть пространственными и не обязаны пересекаться. При этом реализован алгоритм минимального кручения. Существенно ускорена работа с большими сборочными моделями, а в файле документа теперь всегда сохраняется информация о геометрии модели, поэтому при загрузке отпадает необходимость строить модель.

Рис. 2. Параметрическое моделирование

CALS-технологии

Одно из основных положений CALS-технологий — поддержка жизненного цикла изделия. Важным элементом CALS-технологии являются системы ведения проектов и документооборота. Если проследить тенденции развития САПР, то станет очевидным, что сегодня все крупнейшие производители уделяют этим системам серьезное внимание; укажем, например, на системы Windchill и IMAN. Система T-FLEX DOCs логично укладывается в концепцию CALS. Кстати, уместно обратить внимание на жесткие требования к системам CALS — в качестве базовой схемы организации данных используется формат ISO 10303 STEP, а в качестве системы хранения данных — СУБД Oracle.

Стандарт STEP применяется, в основном, для передачи геометрической информации и в его рамках существуют протоколы для другой информации, но они, как правило, не задействованы. Например, имеется протокол о структуре изделия, однако реально этот протокол в подавляющем большинстве систем моделирования не реализован. Поэтому на практике ввод информации о структуре изделия приходится решать каким-либо иным способом, как правило, вручную. С другой стороны распространенные системы PDM (product data management — «управление данными об изделии») не используют STEP для описания изделия, а применяют описание изделия в родном формате системы моделирования. Только так можно при необходимости изменить модель или провести какие-либо другие операции. Если же «заставлять» все системы переводить свой формат в STEP, то реальная работа с моделями будет существенно ограничена, так как будут утрачены все исходные данные, формирующие модель. С другой стороны, при обмене данными между различными системами, например, из T-FLEX CAD в SolidWorks или из SolidWorks в Unigraphics лучше применять формат ядра Parasolid. При этом геометрия гарантированно передастся без искажений.

Системы управления проектами должны обеспечивать защиту данных от несанкционированного копирования и изменения, и для этого в них существуют хорошо развитые специализированные средства разграничения прав доступа для пользователей и несколько уровней защиты информации. Кроме того, необходимо обеспечить высокую степень интеграции системы документооборота и системы моделирования. Эти задачи не могут быть решены в рамках жестких стандартов.

СУБД Oracle, фактически рекомендуемая как стандарт, является далеко не единственным решением по поддержке SQL-технологии в рамках системы документооборота, и уж точно не самым дешевым.

Все это стало побудительными причинами к разработке собственной системы ведения проектов и документооборота T-FLEX DOCs, концептуально не противоречащей CALS-технологиям и учитывающей отечественную и международную практику. Она работает в «прозрачном» режиме с T-FLEX CAD, обеспечивая доступ к архивам конструкторской и технологической документации.

Прикладные программы

Изначально разработчики компании «Топ системы» ориентировались на то, что система T-FLEX должна стать платформой для создания прикладных систем различного направления, а также обладать средствами обмена данными с другими программами. Система поддерживает широкий спектр форматов обмена данными (DXF, DWG, IGES, Parasolid, STEP, STL, WMF и т.д.), что позволяет согласовывать работу T-FLEX практически с любым приложением.

Однако такой способ интеграции имеет и свои недостатки, например навязывает необходимость работы с различными по интерфейсу и идеологии системами. Поэтому лучшим решением представляется прямая программная интеграция с T-FLEX. Как это осуществляется на практике? Во-первых, с помощью встроенного в T-FLEX языка формул и условных выражений можно «запрограммировать» чертеж на различное поведение при задании тех или иных ключевых параметров. Например, в ряде случаев заказчикам удавалось в одном параметрическом чертеже воплотить целый проект с расчетом. В этом случае вообще не требуется никаких внешних программ, а вся информация находится непосредственно в чертеже. Если применять этот подход для библиотек чертежей, то можно решать различные задачи, связанные с разработкой составных и сборочных чертежей в самых различных областях: машиностроительное проектирование, размещение оборудования, разработка схем прокладки сетей, строительство и т.д.

Другим способом использования T-FLEX для разработки собственного приложения является организация связи с прикладной программой через файл, в котором записаны значения параметров чертежа. Файл может быть записан прикладной программой, а затем считан в T-FLEX. Этот способ хорошо подходит в случае, когда необходимо получить готовый комплект технических чертежей по результатам работы расчетной или проектной процедуры. На этом принципе основаны специализированные системы проектирования оснастки: штампов, пресс-форм, инструмента и других приложений. Возможна и обратная связь — параметры модели T-FLEX могут быть переданы на вход какой-либо проектной процедуры.

Более сильным методом создания своего приложения на базе T-FLEX является использование технологии ActiveX, позволяющей прикладной программе непосредственно обращаться к данным и функциям модулей T-FLEX. Эта технология поддерживается многими популярными средствами разработки, некоторые из этих средств не требуют профессиональных знаний в программировании и доступны любому пользователю. С другой стороны, ActiveX интегрирована во многие серьезные системы программирования, что дает в руки разработчиков приложений для T-FLEX весь арсенал современных инструментов.

Примером приложения T-FLEX, использующего ActiveX, является программа T-FLEX/ТехноПро, которая по созданной в T-FLEX модели отбирает необходимые данные (размеры, качество, материал, твердость, технические условия), затем выполняет технологическое проектирование. При этом для отрисовки операционных эскизов происходит обратная передача необходимых данных (технологических размеров, баз) в программу T-FLEX. Вся работа строится на уровне непосредственного обращения к элементам и функциям T-FLEX.

И, наконец, самый лучший способ связи приложения с T-FLEX CAD — это непосредственная программная интеграция, примером которой является модуль подготовки программ для станков ЧПУ T-FLEX ЧПУ, поддерживающий электроэрозионную, лазерную, сверлильную, токарную обработку, а также трех- и пятикоординатную фрезерную.