Поставка комплексных решений - стратегическое направление работы поставщиков полномасштабных промышленных САПР

Как мы уже говорили выше, американская корпорация Computervision Corp. принадлежит к числу признанных во всем мире лидеров в исследованиях, разработке и практическом внедрении CALS-технологий. Рассмотрим, как происходит реализация концепции Полного Электронного Определения (ЕРD) на базе программных продуктов корпорации.

С помощью системы CADDS 5, относящейся к классу полномасштабных CAD/CAM/CAE-систем, порождается геометрия изделия, проводится инженерный анализ и готовится информация для технологической подготовки производства, при этом в модель вносится вся необходимая графическая и неграфическая информация. Система CADDS 5 включает в себя программное решение CAMU (Concurrent Assembly Mock-up), которое позволяет бригадам проектировщиков различных специальностей выполнять свою работу параллельно в групповой технологии, иметь в реальном времени доступ к результатам работы других проектировщиков и конструкторов, при этом участники процесса параллельного проектирования могут находиться на разных, географически удаленных предприятиях.

Полное электронное определение изделия, включая трехмерную модель и дополнительную графическую и неграфическую информацию, хранится в базе данных, управляется и контролируется с помощью системы управления проектными и инженерными данными данными Optegra.

Для обмена данными используются средства, реализующие международные и общепринятые стандарты представления и обмена данными.

Среди продуктов фирмы имеются системы визуализации, которые обеспечивают уникальные возможности вывода изображений сложных геометрических моделей.

Все указанные выше CALS-технологии фирмы Computervision, реализующие концепцию Полного Электронного Определения изделия, позволяют решить информационные, организационные и управленческие проблемы современного расширенного предприятия, обеспечить высокий уровень качества продукции, минимальное время для ее обновления и выхода на рынок. При этом обеспечивается непрерывная информационная поддержка изделия в течение всех этапов жизненного цикла.

В настоящее время все крупные поставщики CAD/CAM/CAE - систем ведут интенсивную работу по созданию и совершенствованию инструментария реализации CALS-технологий. Поэтому в ближайшие годы следует ожидать практических результатов эффективной интеграции промышленных САПР и традиционных информационных АСУ-систем не только применительно к проектированию и производству сложных дорогих изделий, но и применительно к самым различным отраслям современной промышленности.

/Л.3, Л.4/

Контрольные вопросы

1. Средства интеллектуальной визуализации.

2. Системы разработки прикладного ПО.

ЛЕКЦИЯ 8. САПР “СИРИУС” КАК ПРИМЕР ТИПОВОЙ САПР

1. Классификация задач раскроя промышленных материалов. Обзор технологического оборудования с ЧПУ, используемого для резки материала.

2. Отличительные особенности СИРИУСа:

В различных отраслях промышленности на заготовительном этапе производства возникает проблема оптимального раскроя материала. Смысловое содержание этой проблемы заключается в том, чтобы обеспечить минимальные отходы материала при получении из него заготовок известных форм и размеров.

В зависимости от формы заготовок различаются задачи линейного, прямоугольного и фигурного раскроя. На математическую модель задачи и выбор методов ее решения существенное влияние оказывают характер производства, особенности оборудования, используемого при раскрое, а также технологические свойства раскраиваемого материала. Принципиальные различия между многими задачами раскроя (при кажущейся одинаковости их содержательных постановок) часто становятся видны только при практической разработке алгоритмов их решения. Современный математический аппарат не гарантирует получение оптимального плана раскроя материала для большинства раскройных задач, поэтому разработка эффективных методов оптимизации расхода материала остается актуальнейшей проблемой раскройно-заготовительного производства. С другой стороны, появление высокопроизводительного технологического оборудования раскроя материала (машин с ЧПУ для термической резки металла, лазер- и плазмапрессов с ЧПУ и пр.) и бурное развитие вычислительной техники создает возможности для внедрения автоматизированных программно-технических раскройных комплексов, что также стимулирует исследования в области разработки систем автоматизированного проектирования технологических процессов раскроя и производства заготовок из промышленных материалов.

Основы теории раскроя в нашей стране были заложены выдающимися учеными Л.В.Канторовичем и В.А.Залгаллером. Их фундаментальный труд: "Рациональный раскрой промышленных материалов", изданный в 1951 г. в Ленинграде и переизданный в 1971 г. в Новосибирске остается настольной книгой для всех специалистов, серьезно занимающихся вопросами раскроя. В этой книге детально рассмотрены задачи линейного и прямоугольного раскроя, а также задача раскроя материала на круглые заготовки. Большая теоретическая и практическая работа по дальнейшему развитию методов решения задач прямоугольного раскроя проделана в Уфимском авиационном институте Э.А.Мухачевой. Созданная ею научная школа является сегодня самой известной и крупной в России. Работы Э.А.Мухачевой и ее учеников ориентированы, в основном, на гильотинную технологию раскроя материалов, которая диктуется применением в промышленности гильотинных ножниц. Особенно эффективно применение "уфимских" алгоритмов при решении задач линейного и прямоугольного раскроя в условиях мелкосерийного и массового производства. Немногочисленные разработки по прямоугольному негильотинному раскрою представляют собой различные программные реализации метода последовательно-одиночного размещения, посредством которого осуществляется проектирование на компьютере различных раскройных планов. Этот метод был предложен Ю.Г.Стояном(г.Харьков).В последние годы новая теория решения задачи прямоугольного негильотинного раскроя разработана А.И.Липовецким (г.Екатеринбург), проживающим сейчас в Израиле, который разработал алгоритм нахождения глобального оптимума этой задачи. Вместе с тем, программное обеспечение для оптимального решения задач даже прямоугольного раскроя гарантирует построение оптимального раскройного плана только для ограниченного числа заготовок. Условия массового производства для случая заготовок сложных геометрических форм порождают задачу периодического размещения плоских деталей, известную на практике прежде всего как задачу штамповки заготовок из рулонных и листовых материалов.

Оптимизацией раскроя при листовой штамповке занимались многие специалисты и коллективы, среди которых следует отметить Л.Б.Белякову (г.Нижний Новгород) и группу специалистов Харьковкого института проблем машиностроения, работающих под руководством Ю.Г.Стояна.

Наиболее сложной задачей раскроя является задача фигурного раскроя в единичном производстве, которую можно сформулировать следующим образом.

Пусть имеется заданное количество заготовок произвольной конфигурации, которые необходимо разместить на прямоугольных листах фиксированных размеров так, чтобы общая длина занятой части листов была минимальной.

С 1977 г. в ПО "Уралхиммаш" (г.Екатеринбург) разрабатывается программное обеспечение решения этой задачи, ориентированное на применение в САПР раскроя и подготовки управляющих программ для машин с ЧПУ для термической резки металла. Результатом этой работы стал сначала пакет программ КАПРАЛ для ЕС ЭВМ, а в 1991 году разработана 1-ая версия САПР "СИРИУС" для IBM совместимых персональных компьютеров.

СИРИУС (Система Интерактивного Раскроя И Управления Станками) - это новая высокоэффективная разработка, предназначенная для проектирования раскроя материала на заготовки произвольной конфигурации и подготовки управляющих программ для машин термической резки металла. Кроме того, СИРИУС - это универсальное средство для проектирования управляющих программ для обработки деталей на токарных и фрезерных станках с ЧПУ (класса 2.5 D), в том числе, на всех типах сверлильных.

СИРИУС реализован на IBM - совместимых персональных компьютерах в среде MS-DOS и WINDOWS. C 1996 г. поставляется новая версия САПР СИРИУС, которая обладает целым рядом принципиально новых возможностей, делающих ее сравнимой, а по целому ряду характеристик значительно превосходящей самые лучшие зарубежные разработки такого рода.

2. Отличительные особенности СИРИУСа:

- эффективное кодирование деталей любой сложности;

- не имеющий аналогов по своим функциональным возможностям мощный специализированный графический редактор, обеспечивающий проектирование раскройной карты с максимально возможным коэффициентом использования материала за минимальное время;

- целый спектр новейших алгоритмов автоматического и автоматизированного раскроя;

- учет всех технологических особенностей резки и возможностей оборудования для резки;

- возможность использования подпрограмм;

- органичная стыковка с устройствами ввода-вывода на перфоленту.

Вывод эскизов раскройной карты на все типы принтеров и плоттеров;

- встроенный интерпретатор языка С;

- уникальный сервис для пользователя.

CИРИУС вобрал в себя большой теоретический и практический опыт ведущих специалистов Екатеринбурга и России в области разработки и внедрения программного обеспечения для автоматизации раскройно-заготовительного производства, и, прежде всего, уникальнейший опыт работы крупнейшего в Европе раскройно-заготовительного цеха по производству заготовок из листового металлопроката, который с 1985 года функционирует в ПО "Уралхиммаш". CИРИУС успешно внедрен на многих машиностроительных предприятиях, а также на заводах по производству металлоконструкций в различных городах страны, в том числе: в Екатеринбурге, Москве, Таллинне, Минске, Воронеже, Туле, Азове, Челябинске, Перми, Иркутске, Улан-Удэ, Кургане, Хабаровске и др. Среди пользователей САПР "СИРИУС" такие промышленные гиганты, как АО"Уралэлектротяжмаш"(г.Екатеринбург), АО "МЕЧЕЛ" (Челябинский металлургичесий комбинат), Курганский машиностроительный завод, АО "Донпрессмаш" (г.Азов), Тульский комбайновый завод и многие другие.

Кроме того, СИРИУС может эффективно использоваться (и уже используется) в деревообработке, строительстве, швейной и обувной промышленности; в рекламных, декоративных и иных целях.

Прежде, чем рассматривать структуру и состав САПР “СИРИУС” сделаем краткий обзор технологического оборудования с ЧПУ, используемого для раскроя промышленных материалов.

Многие технологические процессы производства продукции в машиностроении связаны с переработкой металлического листа. В настоящее время для вырезки заготовок из листового металлопроката на различных предприятиях используется различное технологическое оборудование. Наиболее широкое применение получили гильотинные ножницы, которые обладают высокой производительностью при резке тонкого металла на прямоугольные заготовки. Заготовки сложной формы чаще всего получают методом холодной листовой штамповки. На предприятиях с единичным типом производства, которое характеризуется постоянным изменением номенклатуры деталей, для резки металла на фигурные заготовки целесообразней использовать термическую технологию резки. Оборудование для термической резки материала можно условно разделить на 3 класса: "ручные" переносные аппараты, фотокопировальные станки и станционарные машины, управляемые системами с ЧПУ. Предметом нашего обзора является именно этот класс машин.

Существуют три основных типа режущего инструмента для термической резки металла: газорежущие, плазморежущие и лазерные устройства. Все они устанавливаются на машинах с ЧПУ. В бывшем СССР промышленное производство газорежущих и плазморежущих машин портального типа было размещено, в основном, на Украине. Лазерные машины серийно не выпускались, а покупались за рубежом, большей частью, в Болгарии. В настоящее время в России машины с ЧПУ для термической резки металла (МТР) изготавливает, в частности, одно из "оборонных" предприятий в г.Минусинске Красноярского края. В уральском регионе ни одно предприятие выпуском в промышленном масштабе МТР не занималось. Вместе с тем, в Екатеринбурге ряд организаций (АО "Уралмаш", УралНИТИ) ведут разработки инструмента для термической резки материла. Технологическое оборудование с ЧПУ для резки листовых материалов производится сегодня практически во всех промышленноразвитых странах. Машиностроительный комплекс Урала уже давно являлся одним из крупных потребителей "западных" МТР с ЧПУ, которые отличались от отечественных аналогов не столько какими-либо специфическими возможностями или высокой производительностью, сколько,прежде всего, значительно более высоким качеством.

В последние годы многие зарубежные фирмы предлагают на российском рынке новые технологии в области резки материала - резка водяной струей, резка плазмой в воде, а также новые высокопроизводительные станки (лазер- и плазмопрессы), сочетающие в себе, с одной стороны, возможности прессов с ЧПУ для вырубки и высечки деталей, а с другой - плазморежущих и лазерных машин. В отличие от машин портального типа, где неподвижной частью машины является стол, а инструмент для резки двигается вместе с порталом, лазер(плазма)прессы, как правило, имеют подвижный стол и, следовательно, имеют более серьезные ограничения по размерам обрабатываемого материала.

Такого типа оборудование у фирмы "ТRUMРF(Германия), в частности, приобрели АО "Уралмаш" и АО"Уралэлектротяжмаш (г.Екатеринбург), АО "Сибкриотехника" (г.Омск), Машзавод (г.Курган).

Машины для резки материала водяной струей пока не получили распространение в уральском регионе, а вот лазер (плазма) прессы ряд заводов уже приобрели, и еще ряд предприятий намерены сделать это в ближайшее время. Следует отметить, что крупногабаритные машины с ЧПУ для резки металлического листа длиной до 10 м и свыше покупаются, прежде всего, конечно, крупными машиностроительными предприятиями. Несмотря на большую потребность мелких и средних предприятий в автоматизации раскройно-заготовительного производства, зарубежные МТР, кроме болгарских лазерных машин типа "HEBER" ("Хебр") с сиcтемой ЧПУ ZIT500, не получили широкого распространения в уральском регионе. Основной парк МТР на предприятиях Урала составляют "отечественные" газорежущие и плазморежущие машины типа "Комета" с системой ЧПУ 2Р32, которые производятся в Одессе. Это оборудование вполне удовлетворительно по качеству и приемлемо по ценам даже для небольших предприятий. В то же время "отставание" технических характеристик "Комет" от лучшей "западной" продукции все более увеличивается. Среди производителей крупногабаритных портальных машин термической резки металла следует выделить германскую фирму MESSER GRIESHEIM и шведскую ESAB. МТР фирмы MESSER GRIESHEIM еще в начале 70-тых годов эксплуатировались, в частности, в ПО "Уралмаш". В конце 1995 г. в центральной прессе "прошла" информация о переговорах АО "Газпром" с MESSER GRIESHEIM о закупке крупной партии технологического оборудования с ЧПУ для резки листовых материалов. Большая партия газорежущих, плазморежущих и лазерных машин была закуплена у фирмы ESAB ПО "Уралхиммаш". Среди потребителей продукции фирмы ESAB также Челябинский тракторный завод(АО "Уралтрак"), АО "Уралмаш" и др.

/Л.4, Л.5/

Контрольные вопросы

1. Классификация задач раскроя промышленных материалов. Обзор технологического оборудования с ЧПУ, используемого для резки материала.

2. Отличительные особенности СИРИУСа:

ЛЕКЦИЯ 9. СОСТАВ И СТРУКТУРА САПР “СИРИУС”

1. Программное обеспечение СИРИУС

Программное обеспечение СИРИУС включает в себя следующие подсистемы: (см. рис. 2)

- интегрирующая оболочка САПР "СИРИУС;

Оболочка объединяет в одно целое все подсистемы СИРИУСа, предоставляя при этом пользователю множество сервисных функций;

- язык КОД (кодированное описание деталей) для описания геометрии плоских геометрических объектов;

Язык имеет интерфейс (через DXF - формат) с системой AUTOCAD.

- AUTOCAD;

Известная разработка фирмы AUTODESK, расширенная библиотекой LISР - программ для стандартных деталей, является альтернативной КОДу подсистемой кодирования деталей в СИРИУСе.

- СADORG;

Еще один пакет программ СИРИУСа, который используется чаще всего для кодирования и редактирования геометрии плоских объектов особо сложной формы посредством дигитайзера. Пакет предусматривает и обычный способ задания координат точек кодируемого объекта посредством клавиатуры или графического курсора.

- корневой модуль СИРИУСа;

Этот модуль представляет собой мощный современный специализированный графическом редактор, на основе которого построено функционирование большинства подсистем СИРИУса.

- подсистему автоматизированного проектирования раскройных карт;

Подсистема автоматизированного раскроя обеспечивает проектирование раскройной карты как в интерактивном, так и в автоматическом режимах. В этой подсистеме реализованы новейшие теоретические достижения известной екатеринбургской школы нерегулярного рационального раскроя, что обеспечивает для определенных классов деталей значительное повышение коэффициента использования материала по сравнению с "ручным" проектированием. Автоматический режим включает в себя различные пакетные методы расчета рационального раскроя материала, а также имеет встроенный макроязык для мгновенного программирования простых алгоритмов раскроя, в котором предусмотрена визуализация процесса раскладки деталей в области размещения с возможностью доработки результата размещения в интерактивном режиме.

- модуль проектирования маршрута резака для газорежущих, плазморежущих и лазерных машин с ЧПУ;

Модуль назначения маршрута резака обеспечивает проектирование маршрута резки в интерактивном режиме с целью соблюдения всех технологических требований резки материала. Использование встроенного макроязыка позволяет легко автоматизировать процесс проектирования программы резки. Реализован и полностью автоматический режим формирования программы резки, который в большинстве случаев обеспечивает соблюдение технологии резки даже для раскройных карт высокой сложности. Модуль также предусматривает возможность использования подпрограмм, а также возможность проектирования управляющей программы для резки трехрезаковым блоком и одновременной резки несколькими суппортами.

- подсистемы проектирования процессов обработки деталей для токарных и фрезерных станков с ЧПУ;

В данных подсистемах реализованы гибкие интерактивные методы проектирования программ обработки деталей, обеспечивающие максимальную свободу принятия технологических решений для пользователя- программиста.

- подсистему информационного планирования и учета технологических процессов раскроя;

Эта подсистема построена на использовании информационных баз данных и архивов геометрии деталей и листов. Подсистема позволяет:

- Формировать и постоянно поддерживать базы данных - материалов; заказов (изделий); листов; деталей, распределенных между заказами.

- При работе с базами деталей и листов, заносить в них геометрию, с возможностью просмотра ее на экране, и автоматической перекодировкой из формата DXF в формат СИРИУСа.

- Формировать пакеты и в любой момент времени изменять их содержимое. (Пакетом считается произвольный набор деталей и листов, имеющих одинаковый материал и толщину листа).

- Формировать из пакета до 99 заданий на раскрой, с возможностью их постоянной корректировки, и просмотра на экране содержания задания в графическом режиме с расчетом коэффициента использования листа.

- Обрабатывать результаты раскроя и резки (с учетом "ручной" корректировки задания на раскрой) с формированием итогового документа.

- генератор постпроцессоров для машин термической резки материала и станков с ЧПУ;

- верификатор для проверки "правильности" полученных управляющих программ;

Верификатор выполняет функцию "обратного" постпроцессора и позволяет эмулировать на экране движение резака для конкретной машины термической резки.

- программно-технический комплекс IOTAРE для стыковки персонального¦ компьютера и устройств ввода/вывода с/на перфоленту;

Комплекс обеспечивает подключение к персональному компьютеру устройств ввода/вывода на перфоленту типа FACIT, ПЛ150М, FS-1500, СМ6204 и др. Он предусматривает вывод информации на перфоленту в кодах ISO, EAI, ASCII и пр. Пользователь может также легко определить собственную кодовую таблицу.

В целом можно отметить, что в "СИРИУСе" предусмотрено эффективное использование возможностей любых отечественных и зарубежных газорежущих, плазморежущих и лазерных машин с ЧПУ. В настоящее время "Сириус" адаптируется применительно к подготовке управляющих программ для лазер (плазма) прессов с ЧПУ.

/Л.3, Л.4/

Контрольные вопросы

1.подсистемы СИРИУСа

2.генератор постпроцессоров

3.программно-технический комплекс IOTAРE