Два подхода к интеграции CAD- и САМ-систем

При интеграции средств CAD и САМ в единый процесс на экране дисплея может быть создан какой-то компонент (с помощью САПР), графические данные которого передаются в виде кодированных электрических сигналов по кабельной линии связи в производственную систему, где этот компонент может быть изготовлен на станке с ЧПУ.

Существует два подхода к организации связи CAD- и САМ-систем. При одном подходе лучшее решение представляет полная интеграция CAD и САМ, при другом — лучшим решением считается, что для CAD- и САМ-систем нужны две отдельные системы с интерфейсом для обмена геометрическими данными. Каждый подход имеет свои преимущества и недостатки, а выбор той или иной системы зависит от стоящих перед производителем задач.

Независимые друг от друга системы проектирования и изготовления нуждаются в средствах передачи информации из CAD в САМ. Как правило, такие решения хороши в тех случаях, когда пользователь достиг частичной автоматизации технологического цикла и уже использует САМ-систему, специализируясь на подготовке программ для станков с ЧПУ, но хочет расширить свои возможности в области автоматизированного проектирования. Тогда-то выбор и падает, как правило, на ту CAD-систему, которая максимально удовлетворяет пользователя в плане адаптации с уже имеющейся САМ-системой. Правильный выбор CAD- и САМ-систем для их совместного использования является важнейшей задачей, определяющей эффект внедрения автоматизированного проектирования и изготовления. Большинство автономных САМ-систем содержат трансляторы для обмена данными с AutoCAD, Mechanical Desktop и другими CAD-системами. Но нередко из-за несовершенства транслятора при обмене данные теряются.

Вторым решением, больше устраивающим разработчиков, является интегрированная CAD/CAM-система автоматизированного проектирования и изготовления. Её преимущества таковы:

• одновременное версионное изменение и развитие;

• прямой интерфейс между CAD- и САМ-модулями системы, не требующий трансляторов при передаче данных;

• сближение проектно-конструкторских и производственных задач, полностью обеспечивающее практическое выполнение проекта. Конструктор имеет возможность анализировать изделие и учитывать технологические особенности его изготовления, а механик может обращаться к геометрической форме модели и извлекать информацию, необходимую для разработки технологического процесса изготовления;

• среда автоматизированного проектирования, которую механик использует для разработки всевозможных инструментальных средств.

1.3.2 Трехуровневая классификация CAD/CAM-систем

Системы автоматизированного проектирования РЭС подразделяются на три уровня: нижний, средний и высший, их называют «легкими», «средними» и «тяжелыми» системами.

Это деление является достаточно условным, т.к. сейчас наблюдается тенденция приближения систем среднего уровня (по различным параметрам) к системам верхнего уровня, а системы нижнего уровня все чаще перестают быть просто двумерными чертежно-ориентированными и становятся трехмерными.

Практический смысл трехуровневой классификации систем состоит в общей оценке ожидаемых результатов от внедрения конкретной САПР.

Системы нижнего уровня сокращают сроки выпуска документации, но не страхуют конструктора от ошибок, применяются только при автоматизации чертежных работ. К нижнему уровню относятся системы «плоского», двумерного моделирования, в основном упрощающие процедуру создания конструкторской документации. Это чертежно-ориентированные системы, которые появились первыми в 70-е гг. и успешно применяются в некоторых случаях до сих пор.

Они, как правило, используются на персональных компьютерах отдельными пользователями. Такие системы предназначены в основном для качественного выполнения чертежей. Также они могут использоваться для двухмерного (2D) моделирования и несложных трёхмерных построений.

Эти системы достигли в последнее время высокого уровня совершенства. Они просты в использовании, содержат множество библиотек стандартных элементов, поддерживают различные стандарты оформления графической документации.

Представители:AutoCAD LT, Teflex, Medusa, КОМПАС, CADMECH и др.

Системы среднего уровня. Большая стоимость систем высокого уровня и ограниченные возможности двумерных систем лёгкого уровня в проработке сложных изделий стимулировало бурное развитие САПР среднего уровня, в котором участвуют практически все фирмы-разработчики CAD/CAM-систем.

Это сравнительно недавно появившийся класс относительно недорогих трёхмерных CAD-систем. Их появление связано с увеличением мощности персональных компьютеров и развитием операционной системы. С их помощью можно решать до 80% типичных машиностроительных задач, не привлекая мощные и дорогие CAD/CAM-системы тяжёлого класса.

Большинство систем среднего класса основываются на трёхмерном твёрдотельном моделировании. Они позволяют создать объемную модель изделия, по которой определяются инерционно-массовые, прочностные и прочие характеристики, а в ряде систем выполняется и подготовка управляющих программ. Трехмерная электронная модель объекта дает возможность решения задач его моделирования вплоть до момента изготовления.

Экономический эффект — в многократном повышении производительности труда при резком сокращении ошибок и, соответственно, затрат на доводку изделия.

Системы среднего уровня позволяют проектировать большинство деталей общего машиностроения, сборочные единицы среднего уровня сложности, выполнять совместную работу группам конструкторов. В этих системах возможно производить анализ пересечений и зазоров в сборках.

По функциональным возможностям данные системы приближаются к высшему уровню, а по цене — к нижнему.

Представители. В настоящее время на рынке широко используются два типа твердотельного геометрического ядра (Parasolid от фирмы Unigraphics Solutions и ACIS от Spatial Technology). Наиболее известными CAD/CAM-системами среднего уровня на основе ядра ACIS являются: ADEM (Omega Technology); Cimatron (Cimatron Ltd.); Mastercam (CNC Software, Inc.); AutoCAD 2000, Mechanical Desktop и Autodesk Inventor (Autodesk Inc.); Powermill (DELCAM); CADdy++ Mechanical Design (Ziegler Informatics GmbH); семейство продуктов Bravo (Unigraphics Solutions), IronCad (VDS) и др. К чис­лу CAD/CAM-систем среднего уровня на основе ядра Parasolid принадлежат, в частности, MicroStation Modeler (Bentley Systems Inc.); CADKEY 99 (CADKEY Corp.); Pro/Desktop (Parametric Technology Corp.); SolidWorks (SolidWorks Corp.); Anvil Express (MCS Inc.), Solid Edge и Unigraphics Modeling (Unigraphics Solutions); IronCAD (VDS) и др.

Системы высшего уровня. К высшему уровню относятся системы комплексного трехмерного твердотельного и поверхностного геометрического моделирования с широким набором специализированных модулей, библиотеками, средствами анализа, управления проектом, разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ, возможностью оформления чертежей и т.д.

Такие системы предоставляют полный набор интегрированных средств проектирования, производства, анализа изделий.

Системы тяжёлого класса позволяют решать широкий спектр конструкторско-технологических задач. Кроме функций, доступных системам среднего класса, тяжёлым CAD/CAM-системам доступно:

• проектирование деталей самого сложного типа, содержащих очень сложные поверхности;

• выполнение построения поверхностей по результатам обмера реальной детали, выполнения сглаживания поверхностей и сложных сопряжений;

• проектирование массивных сборок, требующих тщательной компоновки и содержащих элементы инфраструктуры (кабельные жгуты, трубопроводы);

• работа со сложными сборками в режиме вариантного анализа для быстрого просмотра и оценки качества компоновки изделия.

Системы тяжёлого класса дают возможность проектировать изделия с контролем технологичности. То есть позволяют полностью отрабатывать изделия на электронных макетах, что исключает ошибки в конструкции без изготовления натурных макетов, а также имитировать технологические процессы на электронных макетах оснастки, что значительно уменьшает затраты и время на подготовку производства изделия.

Это системы, поддерживающие концепцию полного электронного описания объекта (EPD - Electronic Product Definition). Эта технология обеспечивает разработку и поддержку электронной информационной модели на протяжении всего жизненного цикла изделия, включая маркетинг, концептуальное и рабочее проектирование, технологическую подготовку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию. При применении EPD-концепции предполагается замещение «компонентно-центрического» последовательного проектирования сложного изделия на «изделие-центрический» процесс, выполняемый проектно-производственными командами, работающими коллектив но. Вследствие разработки EPD-концепции и появились основания для превращения автономных CAD-, САМ- и САЕ-систем в интегрированные CAD/CAM/CAE-системы.

Представители: системы Pro/ENGINEER, UNIGRAPHICS, CATIA, I-DEAS, CADDS, EUCLID-IS (все они имеют расчетную часть — САЕ). Они используют мощные аппаратные средства, как правило, рабочие станции с операционной системой UNIX.

Прогнозируемый объем экономии средств от внедрения систем среднего и высшего уровня позволяет определить период окупаемости вложений в САПР. Поэтапное внедрение САПР разных уровней с учетом производственных планов предприятия дает возможность окупать вложенные средства в первом же проекте. Также в качестве примера данной классификации, можно привести систему T-FLEX, которая представляет взаимосвязанные системы для всех трех уровней систем:

• для конструкторов системой нижнего уровня является Т-FLEX CAD 2D;

• на среднем уровне - T-FLEX CAD 3D;

• на высшем — комплекс систем T-FLEX и ТехноПро. Система проектирования технологических процессов ТехноПро содержит все три уровня: диалоговое, полуавтоматическое и автоматическое проектирование. Для технологов ЧПУ предлагается T-FLEX / ЧПУ.