Автоматизированные РТК и автоматизированное проектирование станочной оснастки

Наиболее общие методические указания по конструированию приспособлений приведены в следующих пунктах:

Конструирование установочных элементов.

При анализе технологических баз (установочной, направляющей, опорной) принимают решения о типах, размерах, пространственном положении и точностном исполнении установочных элементов станочного приспособления. Эти решения фиксируют на чертеже, содержащем изображение обрабатываемой детали. Конструкция установочных элементов приспособления зависит от формы, размеров, расположения и точности баз обрабатываемой детали.

Конструирование направляющих элементов.

В результате изучения обрабатываемых поверхностей детали принимают решения о конструкции элементов приспособления для направления режущего инструмента (кондукторных втулок в сверлильных приспособлениях, установок в приспособлениях для фрезерования и др.)

Конструирование зажимных элементов.

Конструкцию зажимных элементов и устройств приспособления определяют при проектировании после анализа формы и размеров поверхностей обрабатываемой детали, назначенных технологом под зажим. При этом учитывают силовые факторы, имеющие место в процессе обработки в приспособлении, а также требования производительности и экономичности конструкции.

Конструирование корпуса.

Осуществляют на завершающем этапе разработки приспособления. Конструкция корпуса в целом должна объединять все функциональные сборочные единицы и детали, иметь достаточную жёсткость, предотвращающую потери точности обработки детали.

Расчёты.

К основным расчётам можно отнести расчёты зажимных усилий прихватов и различных зажимных устройств, расчеты пальцев на срез, погрешности базирования и экономические расчёты.

Примеры :

а) Расчёт пальцев. Нередки случаи, когда в качестве технологической базы детали используются цилиндрические отверстия (два или одно).

При установке детали на один установочный палец, последний снабжается двусторонним срезом (см. рис.1.), что позволяет компенсировать допустимые отклонения размеров между осью отверстия и базовой плоскостью детали и между осью установочного пальца и той же плоскостью. Ширина направляющего пояска b:

b=(D•Дmin-?^2)/? (2.1)

где D - номинальный диаметр пальца;

?min - минимальный радиальный зазор между

направляющим пояском и стенкой отверстия;

?=д+д' - величина возможного смещения отверстия

относительно установочного пальца;

д - допуск на размер от базовой плоскости до оси

отверстия детали;

д' - допуск на размер от базовой плоскости до оси

срезанного пальца.

При установке на два пальца один из них выполняется срезанным. В этом случае компенсируются допустимые отклонения размеров между осями отверстий детали и осями установочных пальцев приспособления. Ширина направляющего пояска b тогда будет определяться так:

b=(D•Дmin-(?-Д'min)^2)/?-Д'min

где ?=д+д' - величина возможного смещения отверстий относительно установочных пальцев за счёт допусков на межцентровые расстояния(на детали д и в приспособлении д');

Д'min - минимальный радиальный зазор между стенкой отверстия и цилиндрическим пальцем, выбираемый в зависимости от требуемой точности установки и технологических факторов и обеспечивающий лёгкость посадки.

Наибольший перекос детали вследствие имеющихся зазоров между установочными пальцами и отверстиями определяются по формуле:

Sin б =( бo+бn+2Дmin +б'o+б'n+2Д'min)/2L (2.2)

Где бo , б'o - допуски на отверстия соответственно под срезанный и цилиндрический пальцы;

бn , б'n - допуски на пальцы (срезанный и цилиндрический).

В направлении линии центров погрешности установки составляют:

С'= б'o+б'n+2Д'min

С = С'+2д

Приведённые выше зависимости показывают, что точность установки можно повысить путём замены цилиндрического жёсткого пальца самоцентрирующимся разжимным. При этом получим:



С'= 0

С = 2д

Sin б= (бo+бn+2Дmin)/2L

Для ещё большего увеличения точности установки детали целесообразно иногда делать самоцентрирующимися оба пальца.

б)Экономические расчёты. Точная проверка экономической целесообразности выбора того или иного типа приспособлений сопряжена с известными трудностями. Обычно прибегают к приближённым методам расчёта.

Критерием для определения целесообразности использования приспособления является себестоимость его эксплуатации, которую можно выразить упрощённой формулой:

А 1 q

C = -- * - + ------ (2.3)

n i 100

где А - стоимость приспособления в руб.;

n - годовая программа производства деталей в шт.;

i - срок службы приспособления в годах;

q - процент расходов на ремонт приспособления и уход за ним.

Как видно из формулы, при малой производственной программе использование дорогостоящих специальных приспособлений может оказаться нецелесообразным. В таких случаях следует применять высокопроизводительные универсальные приспособления, а также приспособления, собираемые из готовых взаимозаменяемых деталей. Время демонтажа и сборки их настолько мало, что приспособлений, используемых для первых операций, могут участвовать в приспособлениях, применяемых для последующих операций.

Снижение расходов на ремонт и уход за приспособлениями достигается путём высококачественного выполнения самого приспособления, повышенной износостойкости установочных и направляющих элементов, удешевления ремонта и т. д.

В самолётостроении, в отличие от остальных отраслей машиностроения, большую долю расчётов при проектировании станочных приспособлении занимают расчёты специальных приспособлений. Особенностью проектирования таких приспособлений является то, что кроме необходимости учитывать конкретные производственные условия и применительно к ним решать задачи о точности и производительности приспособления (требования: точность приспособления должна обеспечивать заданную точность обработки деталей; производительность приспособления должна обеспечивать наибольшую производительность труда), необходимо также учитывать, что на данное проектирование отводиться сравнительно малое время, так как издержки проектирования падают на конструкцию, изготовляемую в одном или нескольких экземплярах.

Следствием этого является значительно меньшее, чем при разработке серийных конструкций, обоснование расчётами (прочность, жёсткость, износ, экономичность) принимаемых конструктивных решений. Также, при разработке чертежей ориентируются на широкое применение в процессе изготовления приспособления различных методов пригонки деталей и узлов.

Оформление результатов.

В общем случае поток документов при проектировании оснастки можно разделить на 5 частей:

Заказ оснастки.

Ведомость заказов.

Сборочный чертёж, рабочие чертежи.

Деталировка.

Спецификации.



2.2 АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Между параметрами оснащаемой детали и формируемой технологической оснасткой существует информационно-функциональная взаимосвязь. Аналогичные взаимосвязи существуют также между технологическими решениями по производству детали и информационными моделями этой детали. Всё это создаёт предпосылки для комплексной автоматизации: деталь-технологический процесс изготовления детали - проектирование и изготовление технологической оснастки - изготовление детали. В связи с этим при автоматизации проектирования приспособлений и был определён метод построения технологического оснащения на базе информационной модели, получившей название синтеза конструкций.

В основу этого метода положены следующие принципы:

1. Информация, описывающая конструкцию приспособления, является результатом переработки сведений об оснащаемой детали и технологических операциях её изготовления.

2. Для конструкции любого приспособления существует возможность её декомпозиции на определённое число составляющих - конструктивных элементов.

3. Конструкция всякого приспособления может быть синтезирована из определённого числа конструктивных элементов.

4. Конструктивные элементы отличаются свойствами и характеристиками, которые можно представлять в ЭВМ.

5. Между элементами в конструкции существуют некоторое количество моделированных отклонений, общих для всех приспособлений.

6. В каждом конструктивном элементе как разновидности твёрдого тела можно зафиксировать его положение для определения значений позиционных отношений между элементами.



Порядок проектирования.

В компьютер вводиться описание обрабатываемой детали и оснащаемой станочной операции, на основе чего автоматически строится цифровое информационное описание проектируемого приспособления в виде соответствующих цифровых массивов. Управление передаётся блоку составления спецификаций, результаты работы которого выдаются на печатающее устройство в форме документа, определённого стандартами ЕСКД.

Затем выполняются работы по формированию программ вычерчивания при получении сборочного и деталировочного чертежей конструкции.

Процесс завершается технологической подготовкой производства приспособления и составлением программ для станков с ЧПУ.

Более подробно методология автоматизированного проектирования рассматривается в следующем разделе.

2.3 ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ

Своевременное оснащение технологических процессов изготовления ЛА необходимыми приспособлениями представляет важнейшую задачу подготовки производства. Поэтому вопросы совершенствования процессов проектирования и изготовления технологической оснастки на базе использования математических методов, вычислительной техники и программно-управляемого оборудования приобрели первостепенное значение. Появление идеи создания систем автоматизации комплексно решает задачи синтеза конструкций, их документирования, технологической подготовки производства и обеспечения процессов их изготовления на оборудовании с ЧПУ.

Современной системе проектирования и изготовления целесообразно выполнение следующих функций:

1. Анализ оснащаемого объекта, его изготовления, моделирование этого объекта и процесса изготовления.

2. Синтез конструкций из конструктивных элементов с выполнением точностного, геометрического и силового анализов, оптимизацией по соответствующим критериям полного информационного описания синтезируемой конструкции.

3. Отображение пространственного описания конструкций на плоскости проекций (построение графика сборочного чертежа).

4. Поэлементный анализ конструкции с отображением описаний оригинальных деталей на плоскости проекций, получением деталировочных чертежей и сопоставлением спецификаций.

5. Технологический анализ конструкции, решение технологических задач и получение управляющей информации для изготовления на оборудовании с ЧПУ.

6. Технико-экономическая оценка конструкции и определение её качественных показателей.

7. Разработка необходимой технологической и технико-экономической документации.

Укрупнённая схема системы проектирования и изготовления технологической оснастки показана на рис.2. Информация об оснащаемой детали и схеме её обработки создаётся (в случае отсутствия её в базе данных) также средствами системы. Это сведения о размерах, геометрии, физических характеристиках, точности оснащаемой детали и отдельных её поверхностях, данные о схеме базирования, закрепления, об обрабатываемых элементах, информация об оснащаемом оборудовании, требуемой производительности обработки, количестве одновременно устанавливаемых заготовок, режимах и усилиях резания. Каждая из перечисленных функций связана с решением задач различного уровня и степени сложности. После анализа и приведения исходной информации к каноническому виду начинается реализация комплекса программ синтеза конструкций, в результате чего генерируется информационное описание конструкции приспособления. Далее составляется спецификация, формируется сборочные и рабочие чертежи деталей конструкции.

Процесс завершается работой подсистемы технологического проектирования и подготовкой программ для станков с ЧПУ, формируются сведения для АСУП.

Выполнение функций САПР включает в себя поиск типовых изображений для графического моделирования конструктивных элементов приспособлений, компоновку сборочного чертежа из типовых изображений и формирование его описания, определение сборочного чертежа и его масштаба, распознавание видимости линий на чертеже из условий видимости и принятого масштаба, идентификацию структурных единиц конструкции на чертеже.

Последовательность работ при решении задач синтеза конструкций приспособлений следующая:

Сначала создаётся общая компоновка конструкции. Решение этой глобальной задачи связано с анализом информации об оснащаемой детали в целом и далее локальные задачи, связанные с отдельными поверхностями детали.

Для их решения рассматриваются и моделируются локальные проектные ситуации, которые могут возникать в связи с одной какой-либо поверхностью детали. Локальную проектную ситуацию характеризуют форма, размеры, технологическое назначение поверхности обрабатываемой детали, конфигурация, количество и пространственное расположение функциональных элементов приспособления, контактирующих с данной поверхностью.

Примером глобальной задачи является синтез корпуса приспособления на основе данных об оснащаемой детали и конструктивных элементах, которые он объединяет в единую жёсткую систему. Локальной задачей могут быть определение количества и расстановка пластинчатых опор под базовой плоскостью, ограниченной контуром.

Процесс синтеза - это накопление информации, отображающее изменения пространственного образа конструкции во времени. То есть это многоэтапный процесс, который начинается в момент завершения формирования модели обрабатываемой детали, а заканчивается формированием полного описания требуемой конструкции приспособлений. Этапы синтеза - это части процесса, соответствующие построению определённых групп элементов приспособлений установочных, направляющих, зажимных, фиксаций и т.д.

Для большинства этапов процесс синтеза протекает в три стадии. Например, при синтезе установочных элементов на первой стадии из описания обрабатываемой детали выделяется для анализа информация, характеризующая схему базирования этой детали.

На второй стадии происходит выбор схемы установки, которая представляет собой перечень наименований классов установочных элементов, реализующих выбранную схему (установка на цилиндрический палец и штыри, установка с помощью двух призм и пластинчатых опор и т.д.)

На третьей стадии осуществляется воплощение выбранной схемы установки, в виде конструктивно завершённой функциональной группы установочных элементов приспособления.

Аналогичные стадии проводятся также на этапах синтеза функциональных групп зажимных, направляющих, делительных корпусных и других элементов.

Важным вопросом является получение рациональной конструкции. Трудности решения задач оптимизации заключаются в их многокритериальности и многопараметричности. Рациональные решения могут быть получены только на отдельных стадиях проектирования, например, на стадии выбора схемы установки.

Конструкция должна быть работоспособной, пригодной для обработки оснащаемой детали и обеспечивающей требуемые параметры точности. Пригодность конструкции определяется рядом технических, технологических, эстетических, экономических и других показателей (точности, жёсткости, дисбаланса, быстродействия, простоты и технологичности, удобства и безопасности, эстетичности внешнего вида и др.)

Последовательность процессов синтеза приспособлений строится на аналогии с практикой традиционного конструирования. Например, для сверильных приспособлений процесс синтеза конструкций сводиться к выполнению последовательно решаемых задач, как определение типа кондукторных втулок, нахождение толщины кондукторной плиты, определение габаритов поля, занятого кондукторными втулками, нахождение высот кондукторных втулок, распознавание установочно-зажимной схемы приспособлений, проектирование установочных элементов и элементов зажима.

Завершающими этапами являются синтез несущих специальных конструктивных элементов типа кондукторных плит и корпусов, а также проектирование вспомогательных и нижних (подкладных) плит.

Все работы, проводимые при синтезе конструкции приспособлений можно разбить на две группы. К первой относятся работы по компоновке конструкций, ко второй - проектирование специальных конструктивных элементов.

При формализации процессов компоновки конструкций из конструктивных элементов решаются следующие задачи:

Выбор определённых значений из базы по заданным условиям.

Геометрического анализа.

Непосредственного проектирования: определения количества и положения, функциональных конструктивных элементов, выделении параметров, от которых зависит возможность использования элементов по ГОСТ (СТП), проверка возможности применения ГОСТ (СТП).

Расчётного типа.

Построения результирующих данных по заданным требованиям.

К основным задачам проектирования специальных элементов можно отнести следующие:

Выбор типа элементов.

Расчёт конструктивных размеров.

Определение материала для изготовления.

Синтез формы конструктивных элементов.

Известно, что в базу конструктивных элементов включается отличные по форме конструктивные элементы, которые нецелесообразно членить на составляющие. В ряде случаев трудно предусмотреть необходимую форму специального элемента; она окончательно вырисовывается в процессе проектирования приспособления. Поэтому в базу конструктивных элементов включаются также и элементы формы, с помощью которых в процессе синтеза дорабатываются базовые конструктивные элементы.

Система предусматривает хорошо организованную базу данных, состоящую, прежде всего из конструктивных элементов.

Конструктивные элементы - это объекты со своими свойствами (форма, структура, функции, материал, и др.), количественными параметрами (размеры, вес, допуски, состав, и др.). То есть это часть конструкции, обладающая информационной самостоятельностью.

В принципе, каждый конструктивный элемент обладает неисчерпаемой информацией. Поэтому отбор и классификация информации о конструктивном элементе должны осуществляться с учётом необходимости и достаточности. Информация о конструктивном элементе, по смыслу содержащихся в ней сведений можно разделить на метрическую (размерные характеристики), технологическую (материал, термообработка, точность, шероховатость), спецификационную (наименования, обозначения), графическую (изображение конструктивных элементов на чертежах, экране и т.д.). К конструктивным элементам относятся стандартные детали с постоянной геометрической формой.



3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ СУЩЕСТВУЮЩИХ CAD/CAM СИСТЕМ

Одной из основных задач, вставшей с появлением ЭВМ и оборудования с ЧПУ является сокращение времени подготовки управляющей информации и уменьшение вероятности ошибок.

Впервые задача автоматизированного программирования для изготовления деталей на станках с ЧПУ была поставлена и решена Ассоциацией авиакосмической промышленности США в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом в 1959-1961 гг. Был разработан специальный проблемно - ориентированный язык программирования АРТ (Automatic Programming Tools) и основанная на нём система программного обеспечения. Эта система рассчитана на применение достаточно мощной для того времени ЭВМ (IBM 360/370) и охватывает практически все возможные операции от 2-х до многокоординатной обработки. По опыту использования этой системы в производстве получено снижение трудоёмкости программирования практически в 10 раз. На базе этой системы, а также по аналогии стали появляться во всех во всех странах бесконечное количество различного рода систем. Достаточно назвать некоторые из них: АРТ-1,АРТ-2, АРТ-3, и т.д.; ЕХАРТ-1,2,3; ADAPT, AUTOPRESS, CLAM, COCOMAT и т.д. Многие из них используются до сих пор с некоторыми доработками, с учётом развития вычислительной техники и адаптации этих систем к современным ЭВМ. Система АП, как правило, состоит из языка описания геометрии детали, её технологии, предпроцессора, процессора и постпроцессора.

Но разработки всё новых и новых систем автоматизированного проектирования не прекратились. Современные САПР можно условно разделить на «лёгкие» и «тяжёлые». Их различают по объёму возможностей, а значит, и по требованиям к ЭВМ, на котором предполагается их использование. Различия могут выражаться в особенностях возможностей 2D (плоского) и 3D (объёмного) проектирования, наличия возможности твёрдотельного моделирования, возможности вывода полученных данных на печать, станок с ЧПУ и т.п.

Рассмотрим некоторые из CAD систем.

Успех AutoCAD.

AutoCAD - безусловно, самая широко известная, занимающее одно из ведущих мест в среде CAD/CAM система.

Компания Autodesk, которой мы обязаны этой разработкой, была основана в апреле 1982 года группой из 15 программистов. А уже осенью того же года на проходившей в Лас-Вегасе выставке Comdex компания объявила о создании новой программы, получившей название AutoCAD . Новый продукт начал продаваться на рынке в начале 1983 года, и с того момента фактически стал одним из стандартов в области автоматизированного проектирования.

Успех системы AutoCAD в России, по-видимому, можно объяснить отчасти тем, что она предоставила инструментарий САПР пользователям ПК. Прежде любое упоминание об автоматизированном проектировании обычно связывалось с более мощными платформами, к примеру VAX-станциями производства Digital.

Естественно, AutoCAD была относительно недорогой системой, хотя её функциональные возможности по сравнению с "настоящими" большими САПР оказались существенно ниже. Однако эти возможности постоянно нарастали по мере увеличения мощности ПК, а одновременно шел процесс освоения технологии САПР инженерами и конструкторами.

Распространению AutoCAD в России содействовала и маркетинговая политика компании. В то время как все известные САПР "разговаривали" только по-английски, компания Autodesk рискнула выпустить русскую версию своего продукта. Причем, несмотря на то (а может быть, как раз благодаря тому), что среди отечественных пользователей ходило немало нелегальных копий продукта.

В России Autodesk начала работать с 1986 года. В августе следующего года ЦНИИ промзданий при Госстрое был признан первым официальным центром подготовки специалистов по AutoCAD.

В октябре 1988 года появилась первая коммерческая версия AutoCAD 10 на русском языке. Среди маркетинговых шагов компании было решение о продаже этого продукта по специальным ценам. Так, если оригинальный вариант системы на английском языке стоил 3000фунтов стерлингов, то цена русскоязычной версии составляла всего 1200фунтов. Кроме того, в соответствии со специальной программой российские вузы могли приобрести AutoCAD 10 гораздо дешевле - за 240фунтов стерлингов.

Несмотря на то, что к тому времени уже появились компьютеры на базе процессора Intel 80386 (поставки самого процессора начались в октябре 1985 года), для работы версии 10 AutoCAD было достаточно ПК, оснащенного процессором 80286 с частотой 6-10 МГц и сопроцессором 80287, оперативной памятью объемом 640 Кбайт и жестким диском емкостью 40 Мбайт.

Для работы с AutoCAD версии 10 рекомендовалось использовать графический дисплей с диагональю 20 дюймов и разрешением 1024х768, поддерживающий 256 цветов.

Первое официальное представление локализованной 10-й версии программного продукта Autodesk состоялось в октябре 1988 года на AutoCAD Expo. Помимо самой системы на выставке демонстрировались различные прикладные программы, расширяющие возможности AutoCAD, представленные фирмами из 22 стран.

Наличие большого числа прикладных программ для AutoCAD было обусловлено открытостью системы для пользователя. Сама программа была написана на языке AutoLISP, этот же язык использовался как средство расширения возможностей AutoCAD и создания дополнительных приложений.



3.1 bCAD

Известно, что большинство систем проектирования на ПК запускаются как cad.exe. Аббревиатура CAD определяет сферу приложений, первые же символы определяют торговую марку разработчика. Одним словом, если есть А то должно быть и B. Действительно, bCAD задумывался, разрабатывался и развивается как доступная альтернатива для тех, кто не может или не хочет позволить себе рабочее место дизайнера, проектировщика или архитектора за несколько тысяч (тем более десятков тысяч) долларов. Уместно употребить модный термин SOHO (small office - home office) то есть, дизайнерская студия для небольшого предприятия, службы продаж, рекламы или просто домашнее рабочее место архитектора, художника или, в конце концов, студента.

bCAD разрабатывался как система для широкого спектра приложений, поэтому его функциональность достаточно универсальна. Разносторонность системы достигается тем, что пакет объединяет в себе мощные компоненты для исполнения различных этапов проектных и дизайнерских работ: разработка технической документации в её классическом виде - чертежей; построение объемных моделей различных изделий и объектов по плоским эскизам; изготовление финальных чертежей по объемным моделям; подготовка статистических данных о проекте или данных для расчетных систем; получение реалистических изображений, изготовление анимированных презентаций.

Рассмотрим функциональные компоненты более подробно.

Плоское черчение

Любая система проектирования включает в себя инструменты, заменяющие кульман, вопрос лишь в том, для чего это используется. В конце концов, любой проект должен быть реализован в металле, дереве или пластике и не всегда (особенно в небольшом производстве) будет использоваться станок с ЧПУ, так что старый добрый чертеж еще долго будет необходим и исполнить его нужно по всем правилам.

Так как во главу угла мы ставим экономическую эффективность, следует задуматься: нет смысла автоматизировать лишь построение прямых линий и окружностей. На этапе исполнения и особенно изменения чертежа важным является ускорение и облегчение выполнения сложных и трудоемких работ: надписи, штриховки, простановка размеров, исполнение изображений стандартных и часто повторяющихся элементов. Именно этим инструментам уделялось особое внимание при разработке чертежных средств bCAD. Естественно, обычные геометрические построения не остались забытыми, каждый примитив может быть построен несколькими способами, с использованием привязок к уже существующим объектам, сетке, в произвольной системе координат, с использованием ввода точных значений с клавиатуры.

Существенным отличием этой системы от других является возможность последующего изменения любых свойств чертежных элементов - цвета, типа и толщины линий, подробности построения дуг и криволинейных контуров, редактирование надписей, изменение шрифта и размеров символов, переопределение типа, шага и наклона штриховок. Все эти, прежде трудоёмкие, операции исполняются за считанные секунды. Вспомогательные данные, используемые для построения чертежа (штриховые узоры, пунктиры, шрифты), будучи однажды использованы, сохраняются, что позволяет с легкостью архивировать и переносить проекты на другие компьютеры, не заботясь о том, что необходимый для редактирования элемент будет утерян.

Немаловажно, что все чертёжные построения производятся в режиме WYSIWIG (what you see is what you get - "что видишь то и получаешь"), то есть изображение на экране максимально соответствует тому, что вы получите после вывода чертежа на плоттер или принтер. Это исключает досадные ошибки с назначением толщины и типа линий или масштаба штриховки. Наконец, интерактивный режим компоновки листа для печати, облегчает финальную стадию - получение твердой копии чертежа.

Объемное моделирование.

Трехмерная графика долгое время оставалась запретным плодом для большинства дизайнеров, работающих на ПК. Те 3D-системы, которые были доступны, как правило, ориентированы на презентационные задачи, рекламу и достаточно простую мультипликацию. Проектировщику же нужны возможности точных построений и прецизионное моделирование расположения элементов в пространстве.

Многие пакеты САПР для ПК имеют 3D лишь в виде отдельных приложений, что часто неудобно в использовании. bCAD органически сочетает в себе возможности электронного кульмана и мастерской макетчика. Еще на этапе выполнения обычного плоского чертежа дизайнер строит (порой еще сам того не подозревая) настоящие трехмерные конструкции, вернее их остов - образующие деталей вращения, например. В дальнейшем, используя различные инструменты построения поверхностей, такой привычный плоский чертеж в считанные минуты превращается в пространственную модель детали или конструкции. При этом вам остаются доступными все средства объектной привязки, настройки системы координат, ввод точных значений с клавиатуры, относительные построения. Элементарные или часто употребляемые типы поверхностей - сферические, цилиндрические, спирали, прямоугольные блоки - могут быть построены с использованием специальных команд. Более сложные поверхности получаются с использованием различного рода протяжек контуров, оборачивания набора шаблонов и поворотов. Кроме того, bCAD содержит ряд специфических инструментов, типа построения фрактальных поверхностей (для генерации реалистичных ландшафтов) или создания объёмных текстов с использованием шрифтов TrueType. Простые объемные тела могут в свою очередь быть объединены в сложные поверхности или использованы как инструменты для вырезания или пресечения. Все объемные элементы проекта сохраняются в том же файле, что и исходные чертежные элементы. Как и чертежные данные объемные тела могут быть записаны в виде библиотек стандартных элементов и использованы в дальнейшем в других проектах. Ставшая сегодня уже традиционной система разделов или слоев (layers) позволяет легко разделить объемные и плоские данные на любом этапе работы - создании, редактировании, визуализации или получении твердых копий. Таким образом, файл проекта может содержать комплексную информацию о пространственной геометрии (в виде объёмных моделей) и проектно-технологическую документацию (в виде чертежных данных).

Генерация чертежей.

Итак, мы получили пространственную модель детали, конструкции или, скажем, интерьера помещения. Каждый элемент этой модели точно описывает геометрию будущего изделия. Совершенно логичным было бы использовать эти данные для автоматизации построения чертежей, схем, планов расположения оборудования и расстановки мебели. bCAD предоставляет такую возможность. Достаточно выбрать вид и соответствующая проекция, в том числе и перспективная, будет построена автоматически.

В отличие от традиционного алгоритма удаления невидимых линий, который создает изображение, полное лишних отрезков, в bCAD используется оригинальная технология IntelliHIDE, которая позволяет не только избавиться от ненужных элементов изображения но и сохранит, линии невидимого контура. Полученные проекции представляют собой не что иное, как обычный чертёж, который после внесения небольших изменений (простановка размеров, выбор цвета, стиля и ширины линий) может быть оформлен как самостоятельный документ либо использован как фрагмент более сложного многовидового чертежа.

Статистика и расчет.

Проектирование далеко не всегда ограничивается построением геометрических моделей. Очень часто требуется произвести прочностные, тепловые расчёты или спланировать материальные затраты на изготовление изделия. bCAD предоставляет базовые функции статистической обработки. Подсчет количества используемых элементов и деталей производится практически парой щелчков мышью. Дело в том, что каждый элемент чертежа может иметь назначенную проектировщиком метку (label или attribute), в которую в обычном текстовом виде помещается информация об этом элементе, например: "болт М12х24" или "кресло кожаное АРТ123456".

Специальная функция bCAD позволяет затем собрать информацию о всём чертеже или его выделенной части и составляет отчёт, который можно записать в файл, напечатать или перенести в любое другое приложение - текстовый процессор, электронную таблицу, базу данных и т. п. При создании библиотек стандартных элементов такая информация является фактически обязательной для каждого элемента. В крайнем случае, она состоит из его названия.

Таким образом, создав из типовых элементов сборочный чертеж, вы получаете список использованных деталей или, спроектировав оформление офиса, вы с легкостью подсчитываете затраты на мебель и элементы отделки.

Для выполнения прочностных и других технических расчетов необходимо воспользоваться соответствующим приложением. Практически все системы такого рода позволяют использовать данные о геометрии объектов, записанные в формате DXF, который поддержан в bCAD в полном объеме.

Получение реалистических изображений.

Ряд отраслей дизайна неотделим от точного представления о том, как изделие будет выглядеть. В ряде случаев реалистическая визуализация является мощным вспомогательным средством, например, при проектировании промышленных помещений, цехов, систем трубопроводов.

В части получения реалистических изображений bCAD порой не имеет аналогов. В составе его инструментария практически все возможности, присущие многим более дорогим системам. Вы можете расставлять в пространстве точечные и направленные источники освещения, изменять их цвет и интенсивность. Система разделения проекта на разделы позволяет создавать различные схемы освещения - типовое, аварийное, дежурное. Работа с камерами (предварительно определенные точки зрения) позволяет получить вид из любой точки: обзор с рабочего места, общий вид помещения, вид с точки зрения взрослого или ребенка. Задав путь камеры, можно получить компьютерный фильм о проектируемом изделии, что не оставит равнодушным ни одного заказчика.

bCAD включает в себя редактор материалов, с помощью которого создание поверхностей со сложной фактурой не требует излишних затрат времени. Оригинальная технология SolidTexture позволяет получить текстуры типа дерева, камня или кирпичной кладки буквально одним щелчком мыши, такие текстуры очень просты в использовании и настройке. Традиционные методы наложения растровых текстур и фактур также доступны. Данные об освещении, камерах, текстурах и фактурах, также как и чертежные элементы, сохраняются в проекте и гарантированно могут быть без потерь использованы после переноса проекта на другой компьютер.

В полном комплекте системы поставляются версии тонирующего модуля для мощных рабочих станций Silicon Graphics, DEC Alpha, Hewlett Packard, Motorola PowerPC и Sun SPARC. При этом достаточно арендовать несколько часов машинного времени, так как тестовые изображения (с меньшим разрешением) можно получить на ПК, а все настройки сохраняются в файле проекта и не требуют дополнительных регулировок.

Пользовательский интерфейс.

Приложения компьютерной графики всегда были и остаются источником новинок и технологий построения пользовательского интерфейса. Новое поколение ОС Windows позволяет использовать в bCAD все лучшее, что было наработано в этой области - повсеместное использование пиктограмм, плавающие панели инструментов, мгновенные подсказки, отсутствие ограничений на имена файлов, технологию "принеси и оставь". Для того чтобы вставить в проект типовой элемент, достаточно буквально перенести его из папки каталога в рабочее поле программы. Доступ ко всем функциям программы возможен либо с помощью мыши, через панели пиктограмм, либо с клавиатуры через систему "горячих кнопок". Все эти, казалось бы, мелочи, позволяют значительно упростить и ускорить освоение и использование пакета, тем самым существенно ускорить экономическую отдачу от его использования.

Интерактивная система помощи включает в себя электронную версию технического руководства, полностью повторяющую печатный вариант, и учебник для начинающих. Учебник состоит из логической последовательности упражнений, проводящих пользователя-новичка через основные этапы использования программы. Пользуясь уже привычной клавишей F1,вы получите подробное описание любого элемента управления системой. В целом, опыт показывает, что систему можно самостоятельно освоить полностью за одну - две недели упражнений.

Для создания наиболее комфортной обстановки bCAD выпускается как в интернациональном - английском варианте, так и в нескольких национальных версиях: русской, немецкой, итальянской и специальной английской для британцев. Национализации подвергаются все компоненты системы, начиная с меню, диалоговых окон, и, заканчивая подсказками и текстом руководства и учебника.

Есть несколько незаметных, но эффективных деталей интерфейса, например, ввод координат с клавиатуры полностью идентичен стилю, принятому в AutoCAD, так что при переходе из одной системы в другую пользователь не испытывает дискомфорта.

Подавляющее большинство функций настройки редактора доступно в любой момент, без прерывания текущей операции, достаточно лишь нажать оду из функциональных клавиш. Даже степень "назойливости" программы можно отрегулировать, выбрав соответствующий режим подтверждения - уверенный в себе пользователь не будет тратить время на бесконечное нажатие кнопки "OK".

Совместимость.

Особым аспектом, на котором следует остановиться, является возможность использования данных из других приложений. Разработчики bCAD не стали изобретать велосипеда. На сегодняшний день очевидным стандартом на геометрические данные является DXF. Для пользователей bCAD не составит труда использовать чертежи, записанные в этом формате. Более того при переносе чертежей из AutoCAD перевод в DXF не потребуется, так как файлы DWG могут быть прочитаны напрямую. Это особенно удобно, так как большинство уже наработанных библиотек стандартных элементов записаны именно в этом формате. Те же, кто работают с реалистичной графикой, знают, что наиболее популярным форматом для текстурированных моделей является 3DS, основной формат другого популярного пакета - 3D Studio. При работе с этими данными bCAD позволяет импортировать не только геометрию объектов, но и параметры материалов, текстуры, освещения и установки камер. Таким образом, часто не стоит тратить время на моделирование отдельных элементов, например, настольной лампы, необходимо лишь загрузить подходящую модель из популярной коллекции на CD. Это сэкономит часы, а порой и дни работы.

К неоспоримо полезным мелочам стоит отнести также возможность работы с библиотеками штриховых узоров, пунктиров и чертежных шрифтов для AutoCAD и возможность импорта текста из файла в чертеж.

Так же легко bCAD справляется с обратной задачей - переносом чертежей и изображений созданных в нём, в другие приложения. Традиционные чертежи могут быть перенесены с использованием формата DXF. Для пользователей 3D Studio поддержан формат ASC, а для разработчиков систем Virtual Reality - формат Sense8 NFF. Кроме того, плоские изображения могут быть записаны в HPGL и Encapsulated PostScript или превращены в растровое изображение в одном из популярных форматов - GIF, TGA, BMP, JPG, TIFF или PCX. Те же растровые форматы используются для сохранения реалистических изображений. Их использование в издательских или иллюстративных пакетах не составит труда. И, наконец, видеоролики могут быть записаны в Windows AVI, Animator FLC или MPEG.

Перспективы.

Несмотря на то что bCAD, как законченный продукт, уже состоялся, впервые версия для Windows 95 демонстрировалась на CeBIT'95 и уже более полугода успешно эксплуатируется в десятках компаний и организаций, работа над проектом не остановилась.

В традициях ПроПро Группы (ProPro Group) - компании разработчика - периодический выпуск улучшенных и усиленных версий. В качестве приоритетных задач на ближайшее полугодие стоит назвать систему программирования (фактически того же инструментария, которым пользуются сами разработчики, но более документированного) и разработки приложений, а также расширение возможностей моделирования кинематики и сложная мультипликация.

Кроме того, появятся ряд новых инструментов для объёмного моделирования, поддержка дополнительных форматов объемных данных, в частности VRML. Будут усиливаться средства распределенных вычислений в разнородных сетях компьютеров (UNIX и Windows NT) и с использованием многопроцессорных систем.



3.2 СИСТЕМА ГеММА 3D ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ НА ОБОРУДОВАНИИ С ЧПУ

В системе ГeMMА-3D обеспечивается программирование обработки наиболее сложных деталей на фрезерных (2-х, 3-х и 5-ти координатных), электроэрозионных, сверлильных и токарных станках с ЧПУ.

Предусмотрена послойная черновая обработка деталей, изготавливаемых из массивных заготовок или имеющих глубокие выборки, последующая чистовая обработка.

При интеграции, система ГеММА-3D сохранила основные элементы, существенно расширяющие гибкость её применения в составе комплекса. Сохранены интерфейсы, обеспечивающие ввод/вывод геометрической информации IGES и DXF.

Поскольку в различных САПР базовые геометрические элементы, экспонируемые в IGES не одинаковы (кривые третьей и более высоких степеней, поверхности, В-сплайны, NURBS), в системе ГеММА-3D реализовано их восприятие и переаппроксимация с заданной точностью. Описания объектов могут быть преобразованы из формата IGES в формат DXF и возвращены в проектно-конструкторские части комплекса.

Геометрический редактор системы ГeMMА-3D используется, с одной стороны, для доработки, в случае необходимости, математических моделей, подготовленных в конструкторской части, с другой, для дополнения математической модели специальными технологическими элементами (крепления детали, технологические сопряжения и зализы, ограничения зон обработки, поверхности безопасности для подвода и отвода инструмента, эквидистантные поверхности к исходным и др.). Математические модели со сделанными изменениями и дополнениями, выполненными в системе ГеММА-3D, могут быть также возвращены в проектно-конструкторские системы комплекса.

Поэтому, при параллельном применении известных конструкторских систем для ПЭВМ и САПР высокого уровня (например в случае поступления в производство заказов от применяющей их сторонней организации) информация будет воспринята в системе ГеММА-3D.

Генератор постпроцессоров системы ГеММА обеспечивает выход на любые отечественные и зарубежные стойки ЧПУ. Модули контроля управляющих программ визуализируют машинные колы.

Сложность изделий формируемых в системе ГеММА-3D и, следовательно, чрезвычайно большой объем программ, обусловили необходимость ее последующей интеграции с оборудованием с ЧПУ. В современной поставке программного обеспечения ГеММА-3D, наряду с возможностью вывода на перфоленту или записи управляющей программы на гибкий магнитный диск, может быть укомплектовано программно-техническими средствами подключения станков с ЧПУ непосредственно к персональной ЭВМ. Также вводится дополнительный сервис, повышающий эффективность работы технологов-программистов и операторов станков с ЧПУ - цеховой архив подготовленных управляющих программ и графический редактор управляющих программ. Станки могут быть подключены к ЭВМ, включённой в сеть с рабочими местами технологов-программистов. К одной управляющей ЭВМ может быть подключено до 31 станка с удаленностью до 600метров. В качестве соединительной магистрали используется обыкновенный телефонный провод.

Завершающей операцией, обеспечиваемой системой ГеММА-3D в комплексе является программирование измерений изготовленного изделия на программируемой контрольно-измерительной машине. По материалам измерений, на основе сопоставления с исходной математической моделью формируется заключение о точности изготовления и информация по необходимым доработкам изделия.

Рассмотренные возможности позволяют использовать систему ГеММА-3D в следующих вариантах:

- рабочие места технологов-программистов для станков с ЧПУ в созданном комплексе программных средств;

- автономная автоматизированная система геометрического моделирования и программирования для ЧПУ, в которой осуществляется построение математических моделей по чертежам или восприятие моделей, подготовленных в других CAD/CAM системах;

- цеховая система хранения и корректировки управляющих программ, прямого управления станками с ЧПУ от IBM PC;

- рабочее место метролога, контролирующего точность изготовления изделий сложной формы по результатам замеров на программируемой контрольно-измерительной машине.

В заключении необходимо отметить, что главным преимуществом системы является простота её освоения и соответствие традициям использования оборудования ЧПУ в России. Не уступая по функциональным возможностям многим зарубежным системам подготовки управляющих программ на ПЭВМ, стоимость рабочего места системы в 2 - 3 раза ниже аналогичных зарубежных разработок. Это делает систему доступной для большинства отечественных предприятий. Другое важное преимущество системы состоит в том, что коллектив разработчиков не стоит на месте и постоянно совершенствует систему в соответствии с требования по созданию технологической оснастки.

3.3 ПРОДУКТЫ ADEM CAD/CAM

Компания Omega technologies работает на рынке СAD/CAM систем около 10 лет. Основной продукт компании система ADEM постоянно наращивает свои функциональные возможности. Далее показаны основные конфигурации ADEM, которые присутствуют сегодня на рынке CAD/CAM в России.



ADEM 2.09

Версия ADEM 2.09 функционирует в среде DOS и принадлежит к классу «легких» CAD/CAM систем. Она состоит из трех модулей: плоское моделирование, объёмное моделирование, 2Х, 2.5Х обработка.

Модуль ADEM 2D является частью интегрированной системы. Метод плоского твёрдотельного моделирования направлен на поддержку творческого процесса проектирования. Возможность работы с объектами как с плоскими твердыми телами, безразрывные деформации, ассоциативность контура и штриховки, ассоциативность скруглений позволяют применять систему с самых ранних этапов проектирования.

Автоматическое и полуавтоматическое нанесение размеров, параметрические библиотеки стандартных элементов значительно ускоряют работу пользователей по оформлению документации. Два типа параметризации позволяют выпускать чертежи и делать механообработку деталей со сходной топологией. Плоские контура, созданные в модуле, используются как для создания 3D-моделей, так и для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ.

Модуль ADEM 3D обеспечивает проектирование как деталей так и сборок. В модуле реализована возможность твердотельного моделирования с отлаженным механизмом булевых операций. Инструментом твёрдотельного моделирования является метод, получивший название «компоновочный Solid». Его особенность заключается в том, что каждый объект, полученный с использованием булевых операций (объединение, дополнение, пересечение), помнит историю своего создания и знает все элементы, из которых он состоит. Соответственно конструктор, управляя формой и пространственным положением входящих элементов, управляет конечной твёрдотельной моделью. Быстрый алгоритм удаления невидимых линий для получения чертежей позволяет вести проектирование от 3D-модели.



Модуль ADEM NС.

Выполняет следующие виды 2 и 2.5-координатной обработки: фрезерование, резка, гравировка, листопробивка, сверление. При этом доступны все схемы обработки: эквидистантная, зигзаг/петля, спираль, контурный зигзаг и др. Система избегает зарезаний на любых режимах обработки. В процессе работы происходит автоматическое выделение зон, недоступных для инструмента на предыдущих проходах, и их обработка. В системе реализованы различные схемы врезания инструмента, подхода/отхода, коррекции размеров инструментов, учет всевозможных технологических параметров.

ADEM 3.03

Версия ADEM 3.03 работает под Windows 3.11 и не потеряла ни одного из своих лучших качеств, и даже приобрела новые. Появились принципиально новые возможности: редактирование сканированных чертежей, 3-координатное черновое и чистовое фрезерование, генерация технических документов.

Модуль ADEM SDE (редактирование сканированных чертежей) предназначен для решения проблемы использования имеющихся на предприятии архивов чертежей на бумажных носителях. Система способна считывать и редактировать сканированные документы. Здесь ADEM выступает как гибридный растрово-векторный редактор. С помощью уникального принципа аппликаций пользователь может производить удаление объектов, замещение и дополнение их векторными фрагментами.

Модуль ADEM NC 3X (трехкоординатное фрезерование) применяется как для обработки поверхностей, так и для обработки колодцев произвольной формы с островами» и криволинейным дном. Поддерживаются различные схемы обработки: зигзаг, петля, спираль, звезда, эквидистанта и др., основные форматы обмена 3D моделями - BSF и VDA-FS.

Модуль ADEM TDM (генерация технических документов) разрабатывался для автоматизации составления технологической документации на универсальное оборудование. Однако генератор эффекивно работает не только в технологическом бюро, но и в КБ, например, для составления спецификаций и ведомостей или любых других текстовых и текстографических документов. Принцип работы генератора заключается в настройке на определенный процесс проектирования и подключения соответствующих баз данных, после чего пользователь получает САПР, проектирующий документы в стандартных формах или формах, определенных пользователем.

ADEM 4.01

В новой реализации CAD/CAM ADEM нашли применения наиболее мощные из современных технологий: полностью 32-х разрядный код, а также прогрессивные принципы построения интерфейса (платформа MFC). За основу моделирования была принята мощная математика ACIS. ADEM 4.01 обладает расширенными методами формирования управляющих программ для 2х, 2.5х, 3х, 4х-координатной обработки и автоматизации подготовки технической документации. За счет поддержки различных форматов данных (SAT, IGES, VDA, DXF, STL) достигнута 100%-ная совместимость со всеми современными системами проектирования и анализа. Новый симулятор позволил динамически моделировать обработку любой сложности, а также производить некоторые расчеты до выхода детали на реальном оборудовании.

ADEM 5.0

В декабре 1998г.компания Omega Technologies Ltd. представила пятую версию CAD/CAM ADEM. Кроме усовершенствованных функций в системе появились принципиально новые возможности. Так, в модуле плоского моделирования появилось несколько новых команд черчения, связанных с аффинными и вариативными преобразованиями объектов, новый тип сплайна. Очень важной является возможность применения логических (булевых) операций к плоским объектам. Расширился набор импортируемых форматов для редактирования сканированного изображения (BMP, TIF, JPG).