Материал посвящен проблемам комплексной интеграции конструкторских и технологических систем

Материал посвящен проблемам комплексной интеграции конструкторских и технологических систем
автоматизированного проектирования на основе международных стандартов обмена информации об изделии STEP.
Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий и уже давно и успешно применяется на практике. Однако автоматизация различных бизнес-процессов наиболее эффективна в том случае, если она охватывает все этапы жизненного цикла изделия.
В настоящее время существует множество систем автоматизированной подготовки производства, все они обладают приблизительно одним набором функций и различаются, по сути, только степенью проработки этих функций (например, функцией параметризации моделей) и удобством интерфейса пользователя. Проектирование конструкции объекта выполняется системами, которые в отечественной литературе принято называть САПР(К), а в зарубежных источниках - CAD-системами. Автоматизированное проектирование технологических процессов и разработка управляющих программ ЧПУ выполняется системами, которые у нас приято называть САПРТП И САП ЧПУ, а за рубежом - CAM-системами. Таким образом, автоматизированы практически все этапы жизнен рации таких систем является передача данных между смежными системами.
Наличие этой проблемы объясняется, прежде всего, неоднородностью информации используемой различными модулями САПР. Все результаты конструкторского проектирования сохраняются в форматах представления графической информации, которая в таком виде не может быть использована САПР ТП. Наиболее эффективным является решение этой проблемы в общем виде, то есть обеспечение передачи информации из любой САD – системы в любую САПР ТП. Такое решение позволит интегрировать уже существующие на предприятиях системы проектирования. Одним из путей решения этой проблемы может стать разработка алгоритма выбора из файлов графических форматов технологической информации. Работы в этом направлении ведутся давно и достаточно удачно.
Другим и возможно более перспективным направлением интеграции конструкторских и технологических систем проектирования является использование средств международных стандартов обмена информации об изделии –STEP, реализующих концепции CALS, заключающейся в создании единой интегрированной модели изделия. Такая модель должна сопровождать изделие на протяжении всего его жизненного цикла (ЖЦ) и отражать все аспекты изделия: его свойства, описание изделия и процесса его изготовления. Таким образом, возникла потребность в единой форме представления информации о различных этапах ЖЦ изделия, которая к тому же должна обеспечивать организацию информационного обмена между различными компьютерными системами. Основой такой формы представления является международный стандарт ISO 10303 (STEP), задающий полную информационную модель изделия на протяжении его жизненного цикла, а также способы реализации обмена данными, причем ни модель изделия, ни способы обмена не зависят от программных и аппаратных средств, используемых участниками жизненного цикла изделия. Этот стандарт – один из первых в семействе специализированных CALS стандартов - является характерным примером информационного стандарта нового поколения. В соответствии с названием стандарта STEP определяет “нейтральный” формат представления данных об изделии в виде информационной модели, включающей в себя состав и конфигурацию изделия; геометрические модели различных типов; административные и специальные данные. Для обеспечения возможности единообразного описания изделий в различных прикладных областях предполагается, что информационные модели (в терминах стандарта “прикладные протоколы” или “протоколы применения”) создаются на базе типовых блоков (“интегрированных ресурсов”). Для описания схем данных введен язык информационного моделирования EXPRESS, являющийся независимым от предметной области моделируемого объекта. Данный язык оперирует такими понятиями, как сущность, атрибут, тип и т.п. Более того, EXPRESS может применяться вне стандарта STEP как самостоятельный язык информационного моделирования. Прикладным протоколом AP (Application Protocol) в STEP называют информационную модель определенного приложения, которая с высокой степенью полноты описывает множество сущностей, имеющихся в приложении, вместе с их атрибутами и представлена средствами языка
EXPRESS. Для томов прикладных протоколов в STEP выделены номера, начиная с 200. “Интегрированные общие ресурсы” (тома 41-49) описывают общие для многих приложений ресурсы, под которыми понимаются основные компоненты для прикладных протоколов. Более специальные средства описываются интегрированными прикладными ресурсами (тома, начиная с 100) .
Приведенные группы стандартов содержат компоненты как уже утвержденные и имеющие статус стандарта, так и находящиеся в процессе разработки. Следует отметить, что при разработке этих стандартов сохранилась тенденция, начавшаяся со времен разработки первых систем автоматизированного проектирования – прежде всего, автоматизировать проектирование конструкции. Среди значительного числа прикладных протоколов к автоматизации проектирования технологического процесса относятся только два - AР213:Numerical control process for machined parts – проектирование механичес кой обработки на станках с ЧПУ и AP224: Mechanical product definition for process plans using machining features – описание механических деталей для планирования обработки, и они находятся в стадии разработки. Однако, несмотря на отсутствие этих протоколов, зная основную концепцию стандарта, можно предполо жить как будет выглядеть модель технологического процесса механической обработки детали и наметить возможные пути интеграции конструкторских и технологических модулей проектирования. Для передачи данных между различными системами и подсистемами предназначен обменный символьный файл, регламентированный стандартом ISO 10303 том 21 и содержащий описание некоторого моделируемого объекта. Описание некоторого приложения на языке в EXPRESS рамках стандарта STEP называют моделью. Модель состоит из одной или нескольких частейсхем. Схема- раздел описания, являющийся областью определения данных. В ней вводятся необходимые типы данных. При описании свойств типов данных могут применяться средства процедурного описания: процедуры, функции, правила, константы. Используя эти понятия для формализации технологического проектирования, получим, что схемой будет являться маршрут обработки детали, объектом – операция ТП, процедурой – переходы. Идентификатором схемы будет являться имя, процедуры номер перехода, а формальным параметром будет являться строка символов. Атрибутом объекта “операция” является станок. Тогда на языке Express основные определения технологического проектирования будут представлены в виде: технологический процесс - схема (Schema); технологическая операция - объект (сущность) Entity; технологический переход – процедура (Procedure). Атрибутом объекта “операция” будет являться станок. Тип атрибута - строка символов (String). Формальным значением процедуры будет являться строка символов, а результатом процедуры будет являться поверхность с соответствующими размерами. Одним из основных способов обеспечения совместимости прикладных систем со стандартом ISO 10303 STEP я вляется с пособ ч тения и г енерации о бменных файлов, но для этого необходимо, чтобы система автоматизированного проектирования поддерживала стандарт STEP. По указанным выше причинам такой путь реализуется в системах конструкторского проектирования (практически все современные CAD - системы генерируют обменный файл STEP), но он не реализован ни в одной из систем автоматизированного проектирования технологических процессов механообработки.__ Для интеграции конструкторских и технологических систем можно предложить подход, основанный на чтении обменного файла сгенерированного конструкторской САПР - системой разработки технологического процесса. Причем в этом случае возможны два варианта решения задачи.
Первым вариантом может быть расшифровка информации обменного файла и дальнейшее использование ее в качестве исходной информации о детали в САПР ТП.
Вторым вариантом может быть разработка системы автоматизированного проектирования технологических процессов на основе концепций стандарта и генерацией обменного файла, который в последствии может быть использован в САП ЧПУ. Какой из вариантов окажется более эффективным покажет время, но сама возможность интеграции систем не вызывает сомнений.
В статье рассматриваются вопросы повышения эффективности использования систем автоматизированного проектирования на основе их интеграции и проблемы, возникающие на этом пути.
Применение информационных технологий на предприятиях машиностроения постепенно входит в практику ведения технологической подготовки производства. Системы автоматизированного проектирования занимают
особое место среди информационных технологий, применяемых в машиностроении. Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентноспособными как вследствие больших материальных и временных затрат на проектирование, так и из-за наличия у процесса неавтоматизированного проектирования ряда нерациональных сторон, основной из которых является отсутствие сквозного проектирования, что требует дополнительных трудовых ресурсов на стыковку, согласование отдельных проектных решений, выполняемых различными исполнителями. Автоматизация процессов проектирования и производства будет наиболее экономически эффективной только в случае интеграции процесса проектирования в единый комплекс. Увы, до настоящего времени нет полностью интегрированной автоматизированной системы проектирования в машиностроении. Проектирование конструкции объекта выполняется системами, которые принято называть САПР(К) или CAD-системами. Исторически сложилось, что именно с этих систем началось создание САПР, и они достигли высокой степени развития в настоящее время. Связано это, прежде всего, с более высокой степенью формализации процессов принятия решений в задачах конструкторского проектирования и черчения. Функции CAD-систем в машиностроении подразделяют на функции двухмерного (2D) и трехмерного (3D) проектирования. К функциям 2D относятся черчение, оформление конструкторской документации; к функциям 3D – получение трехмерных моделей, метрические расчеты, реалистическая визуализация, взаимное преобразование 2D и 3D моделей. Автоматизированное проектирование технологических процессов и разработка управляющих программ ЧПУ выполняется системами, называемыми САПРТП И САП ЧПУ или CAM-системами. Такие системы появились позже, прежде всего, из-за слабой формализации процессов технологического проектирования и до настоящего времени САПР ТП имеют ряд недостатков. Надо отметить, что зарубежные САМ-системы не производят формирование технологического процесса механической обработки деталей, а предназначаются исключительно для разработки управляющих программ для станков с ЧПУ. Под проектированием в зарубежных системах вообще понимается только конструкторская часть задачи. К функциям САМ-систем необходимо также отнести моделирование процессов обработки на станках с ЧПУ, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки, генерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ. Несмотря на огромное количество систем автоматизированной подготовки производства, все они обладают приблизительно одним набором функций и различаются, по сути, только степенью проработки этих функций (например, функцией параметризации моделей) и удобством интерфейса пользователя. Объясняется это единством используемого этими системами ядра. Существование подобных систем дает возможность наконец-то сделать процесс проектирования практически “безбумажным”. Создание бумажных копий проектных документов остается в данном случае данью традиции и следствием трудностей внедрения законодательства об электронном документообороте. Существенно сократится также необходимость в создании разного рода опытных образцов, так как основная масса ошибок будет устраняться в результате моделирования производственных процессов. Однако до сих пор не решена проблема полной интеграции систем проектирования. Каждый из этапов проектирования конструкции, технологии обработки и управляющей программы для ЧПУ автоматизирован, но по-прежнему остается проблема передачи информации между различными модулями и следовательно, существует необходимость в вводе части или всей информации вручную. Так, ни в одной из рассмотренных систем нет интеграции модулей технологического проектирования и САП ЧПУ. Процесс передачи информации с чертежа детали в САПР ТП также решен лишь частично и предполагает наличие “оживленного диалога” пользователя с системой.