Автоматизированные системы технологической подготовки производства и проектирования технологических процессов

Автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) моделирует функции ТПП, связанные с обеспечением технологичности конструкции изделия, проектированием ТП, проектированием и изготовлением средств технологического оснащения, управлением технологической подготовкой производства. АСТПП состоит из подсистем общего и специального назначения. Основной состав подсистем общего назначения: информационный поиск, кодирование, контроль и преобразование информации, формирование исходных данных для автоматизированных систем управления (АСУ) различных уровней, оформление технической документации. Основной состав подсистем специального назначения: обеспечение технологичности конструкций, проектирование технологических процессов, конструирование и изготовление средств технологического оснащения, управление ТПП. Подсистемы специального назначения реализуются на основе систем автоматизации проектирования (САПР) и АСУ.

Разработка АСТПП предполагает общее для всех подсистем информационное, математическое, методическое, организационное техническое, лингвистическое и программное обеспечение.

САПР позволяет не только ускорить процесс проектирования, но и выбрать из большего числа вариантов самый лучший по определенному критерию, например, по себестоимости, производительности и др. В САПР проектирование ведется с помощью ЭВМ инженером-проектировщиком. САПР строится как открытая развивающаяся система. Ее разработка занимает продолжительное время и экономически целесообразно вводить ее в эксплуатацию по частям. Базовый вариант системы непрерывно расширяется. САПР создается как иерархическая система – разработка принципиальной схемы ТП, проектирование технологического маршрута, проектирование операции, разработка управляющих программ для станков с ЧПУ. Проектирование ТП сводится к решению группы задач, которые относятся к задачам синтеза и анализа. Синтез направлен на создание новых вариантов ТП или операций, а анализ используется для изучения и оценки заданных вариантов.

Работа САПР может производиться в двух режимах – пакетном и диалоговом. Первый предусматривает решение задачи без вмешательства проектировщика, который только вводит необходимые исходные данные. Второй режим используется в случаях, когда необходимо выполнение трудноформализуемых процедур, например, выбор баз и когда объем вводимой в ЭВМ числовой информации невелик. ГОСТ 23501.108-85 устанавливает признаки классификации САПР и соответствующие им классификационные группировки и коды, которые учитывают, в частности, тип объекта проектирования, его сложность, уровень и комплексность автоматизации проектирования, и другие признаки.

При автоматизированном проектировании ТП используют математические модели. Под математической моделью ТП и его элементов понимают систему математических соотношений, описывающих с требуемой точностью изучаемый объект и его поведение в действительных производственных условиях. Согласно ГОСТ 14.416-83 математические модели ТП подразделяют на табличные, сетевые и перестановочные. В табличных моделях каждому набору свойств соответствует единственный вариант проектируемого объекта и поэтому они используются для поиска стандартных, типовых и готовых проектных решений. Модели остальных классов используются для получения типовых унифицированных и индивидуальных технологических проектных решений при наличии их вариантов и необходимости оптимизации решения. Структуры элементов сетевых и перестановочных моделей описываются с помощью графов, а для решения задач параметрической оптимизации используются методы математического программирования – линейные, целочисленные, геометрические, динамические и др. Правила разработки и применения типовых математических моделей обеспечения технологичности конструкции устанавливает ГОСТ 23501.601-83.

Следует отметить все возрастающую роль в автоматизации конструирования и технологического проектирования и возможности их сопряжения CAD/CAM-систем [29]. Система CAD является инструментом компьютерного конструирования, а CAM предназначена для создания управленческих программ (УП), их оптимизации и адаптации к станкам с ЧПУ. Ввиду широкого спектра возможностей CAM-системы стало возможным ввести термин “интеллектуальная механическая обработка” (ИМО). Одной из базовых концепций ИМО является связь конструктивных элементов (КЭ), т.е. отдельных фрагментов геометрии детали, с шагами обработки. Информация об изготовлении КЭ, хранящаяся в базе данных, включает последовательность шагов, необходимых для обработки данного КЭ, а также соответствующие параметры обработки для каждого шага (например, скорость подачи в зависимости от материала заготовки, тип режущего инструмента). Отправной точкой для создания программ ЧПУ всегда служит геометрия детали. Модель детали может быть построена как самим пользователем на основе чертежа при помощи имеющихся в CAM-системе средств CAD, так и с использованием трехмерной модели детали (3D-модели), созданной конструктором.

Безусловным фаворитом среди CAM-пакетов является пакет Mastercam. Он оптимизирует скорость подачи инструмента, исходя из значения характеристик, имеющихся в цехе станков. Mastercam поддерживает устойчивые параметры связи 2- или 3-осевых траекторий инструмента с геометрией модели, в т.ч. замедляет подачу при углублении в материал и ускоряет при уменьшении глубины резания, что позволяет повысить стойкость инструмента, уменьшить износ станка, сократить общее время обработки. Появляется возможность визуально контролировать на экране дисплея траектории движения инструмента и полностью отслеживать процесс получения детали из заготовки.

Модуль ИМО AutoCAM сочетает простоту использования и быстроту создания траектории инструмента. Для формирования УП пользователю, даже не специалисту-программисту, достаточно импортировать CAD-модель детали, созданную конструктором, задать размеры исходной заготовки и выбрать станок. После этого AutoCAM автоматически выбирает инструмент, способы обработки, рассчитывает траектории инструментов и генерирует УП для станков с ЧПУ без дальнейшего участия пользователя. Процесс занимает всего несколько минут вместо многих часов работы квалифицированного технолога-программиста с “обычной” CAM-системой. ИМО быстро развивается и трансформируется в высокоуровневую систему подготовки производства.

Системы САПР ТП, получившие наибольшее применение на промышленных предприятиях России: TechCard 7.0; T-Flex; Вертикаль; TechnologiCS; МАС ПТП.

Автоматизация ТПП включает, прежде вceгo, автоматизацию таких функций, как разработка технологических процессов, проектирование средств технологического оснащения и поиск информации. Функция отработки конструкции на технологичность в значительной степени является творческим процессом, поэтому трудно поддается формализации и, как следствие, автоматизации.

Автоматизации перечисленных функций характерна высокая сложность правил их автоматизированноrо решения, что приводит к большим затратам на создание алrоритмов и проrpамм решения. Область применения алrоритмов и проrpамм часто остается весьма узкой, что можно видеть на примере некоторых внедренных систем автоматизированноrо проектирования технолоrических процессов. Большинство таких систем носят локальный характер, между ними отсутствует преемственность в системах кодирования, алrоритмах и проrраммах, что не позволяет стыковать их между собой, в то же время затраты на их создание велики, причем многo усилий тратится на дублирование уже rотовых решений.

В связи с этим, разрабатывая систему автоматизации технологической подrотовки производства (АСТПП), следует стремиться к большей универсализации системы, чтобы в той или иной мере ее можно было использовать на различных по характеру и номенклатуре выпускаемой продукции предприятиях.

АСТПП, как и любую другую автоматизированную систему, можно рассматривать с четырех взаимосвязанных сторон: структурной, инфор­мационной, функциональной и орrанизационной, при этом каждой из них соответствует своя модель.

Задачи, решаемые при автоматизации ТПП, можно разделить на две rpуппы: технические и предметные. Первые связаны с обеспечением функционирования САПР как технической системы, вторые ­ с формализацией методов описания, с построением классификаций и разработкой задач каждой функции ТПП. Если решением задач первой группы должен заниматься разработчик САПР при участии технолоrа, то решением задач второй гpуппы ­ технолог при участии разработчика САПР.

Технолоrическая подrотовка представляет собой разветвленный и сложный процесс переработки информации caмого разнообразноrо вида, формы и содержания. Информация, используемая при технолоrической подrотовке производства, называется технологической информацией. Технологическая информация, перерабатываемая АСТПП, делится на условно-постоянную и переменную, Условно-постоянной называется информация, остающаяся неизменной при решении множества задач однoгo класса в одних условиях производства и меняющаяся при переходе к задачам дpyгoгo класса или изменении производственных условий.

К условно-постоянной информации относятся сведения о содержании [ОСТов, нормалей, стандартные проrpаммы, таблицы коэффициентов, сведения об установленном оборудовании, наличии на складах материалов, нормалей и т.п., необходимые при проектировании технолоrии какоrо-либо одноrо вида обработки, например обработки на автоматах; при переходе к проектированию друrих видов обработки необходима полная или частичная замена этих сведений,

Условно-постоянная информация обычно хранится в информационно-поисковой системе (ИПС) и выбирается оттуда по мере необходимости с помощью стандартных команд и программ.

Переменной называется информация, меняющаяся при решении каждой задачи (например данные о детали, которые после проектирования технологии ее обработки изымаются из АСТПП и заменяются данными о друrой детали).

• кодирование, контроль и преобразование информации;