Поэтапная автоматизация подготовки производства

С 1995 г. интегрированные САПР на рабочих станциях стали обладать возможностями полного моделирования конструкции изделий, их производства и изготовления оснастки, включая моделирование процессов литья, штамповки, гибки. В результате произошло принципиальное изменение организации подготовки производства, названной Concurrent Engineering, то есть параллельное проектирование и подготовка производства изделий.

Статистические данные показывают, что реализация концепции параллельного проектирования сокращает время и затраты на проектирование до 50% и повышает качество до 60%. Получаемая при этом экономия средств происходит путем замены натурных макетов компьютерным моделированием изделий и процессов их изготовления, а также за счет исключения ошибок при проектировании оснастки. В результате снижается стоимость продукции и ее последующих модификаций, что реально окупает затраты на приобретение и эксплуатацию САПР.

Все САПР по стоимости можно разделить на три уровня: системы низкой стоимости для автоматизации части операций одного из этапов подготовки производства (от $500), средней стоимости для автоматизации одного или нескольких последовательных этапов (от $3000) и высокой стоимости для автоматизации всех этапов подготовки производства (от $15 000).

Под этапами подготовки производства понимаются: общее проектирование изделия; расчёт его характеристик; конструирование деталей, сборочных единиц, узлов, инструмента, оснастки; проектирование и моделирование технологических процессов основного и вспомогательного производств; разработка управляющих программ для станков с ЧПУ.

В настоящее время опыт российских предприятий, использующих САПР высокой стоимости на рабочих станциях, показал экономическую эффективность их применения, но расширению использования таких систем препятствует высокая стоимость рабочих мест. С другой стороны на предприятиях, эксплуатирующих САПР только низкой стоимости, все больше ощущается ограниченность их функциональных возможностей. Поэтому на многих предприятиях возникла проблема приобретения САПР средней стоимости для персональных компьютеров, реализующей часть функций САПР на рабочих станциях и совместимой с ранее приобретенными системами.

Учитывая специфику российских условий, предлагается реализация параллельного проектирования и подготовки производства последовательным освоением комплекса взаимосвязанных САПР трёх уровней с различным количеством рабочих мест на каждом из них (рис.1).

Предлагаемый комплекс САПР удовлетворяет следующим критериям:

Для определения требуемого предприятию состава модулей САПР каждого уровня необходимо проанализировать степень сложности изделий, номенклатуру, темп смены и степень их подобия, объём производства, состав и квалификацию работников.

По степени сложности изделия подразделяются на три типа: высокотехнологичные (например, автомобили, двигатели), средней сложности (бытовые приборы) и простые (типа ножниц).

Оценка сложности изделия включает анализ геометрических форм, кинематики механизмов, типов приводов и перечень необходимых расчётов. Чем выше сложность изделий, темп смены моделей и меньше объём производства, тем должен быть выше уровень применяемой САПР.

Лучшим решением реализации взаимосвязи САПР разных уровней является использование прямого интерфейса, так как стандартные форматы не всегда обеспечивают обмен данными без искажений. В настоящее время на российском рынке имеется лишь один такой "тандем" интегрированных систем EUCLID и PRELUDE французской фирмы Matra Datavision для рабочих станций и персональных компьютеров с документацией на русском языке. Эти системы в комплексе с предлагаемыми отечественными САПР обеспечивают возможность поэтапной автоматизации подготовки производства.

В качестве систем нижнего уровня предлагается использовать: T-FLEX CAD и T-FLEX DOCs фирмы Топ Системы, СИАП-ТП и DOKA фирмы ВЕКТОР, Турбо-Тиграс фирмы Камея, ГЕММА фирмы АТР, ИНИС лаборатория НИТ.

Реализация проекта поэтапной автоматизации, выполняемой фирмой ВЕКТОР, производится в следующей последовательности:

Если на предприятии нет систем верхнего уровня, то сначала поставляются недорогие системы T-FLEX CAD, СИАП-ТП, ИНИС, Турбо-Тиграс или ГЕММА, совместимые с PRELUDE и EUCLID. По мере увеличения количества рабочих мест низкой стоимости, сотрудники предприятия выявляют объем работ, который невозможно выполнить без использования САПР более высокой стоимости. Таким образом, необходимый состав и количество рабочих мест PRELUDE и EUCLID определяется из опыта экcплуатации более простых САПР, что исключает приобретение ненужных модулей и рабочих мест, а также максимально загрузит САПР меньшей стоимости. Иллюстрация такого варианта поэтапной автоматизации приведена на рис. 2.

Если на предприятии уже используются системы высшего уровня, то уменьшение средней стоимости рабочего места достигается распределением части функций этих систем между менее дорогими САПР: PRELUDE, T-FLEX CAD, СИАП-ТП, ИНИС, Турбо-Тиграс, ГЕММА. В этом случае последовательность этапов противоположна предыдущему варианту.

На стадии проектирования комплекса САПР выбираются функциональные модули, соответствующие характеру продукции и применяемым технологическим процессам. Функциональная схема комплекта систем для подготовки производства механообрабатываемых, листовых деталей и деталей из пластмасс представлена на рис. 3.

Предлагаемый комплекс имеет значительные преимущества в сравнении с использованием систем автоматизации создания конструкторской документации типа AutoCAD, Компас-График, CherryCAD, дающих выигрыш только в сроках выпуска чертежей. Качественно новый уровень эффективности САПР низкой стоимости достигается использованием параметризации конструкций средствами T-FLEX CAD и обеспечении двухстороннего обмена параметрами с системами: проектирования оснастки ИНИС, создания управляющих программ для станков с ЧПУ ГЕММА и Турбо-Тиграс, проектирования технологических процессов СИАП-ТП.

Конечно, средствами САПР низкой стоимости можно реализовать лишь некоторые элементы параллельного проектирования и подготовки производства. Поэтому в состав комплекса разработки изделий средней сложности входит система PRELUDE для параметрического объемного (твердотельного) конструирования, расчетов прочности, теплообмена и вибраций методом конечных элементов, программирования и группового управления оборудованием с ЧПУ, а также для контроля качества деталей с помощью контрольно-измерительных машин. Причем суммарная стоимость систем T-FLEX CAD и PRELUDE Design меньше стоимости двух AutoCAD.

Наибольшую прибыль от затрат на комплекс САПР дает система EUCLID за счет реализации таких функций как проектирование механизмов с учетом инерционных нагрузок и характеристик гидро- и электроприводов, имитация процессов сборки изделия с применяемыми инструментами и приспособлениями, конструирование оснастки по результатам моделирования процессов заливки / охлаждения металлов и пластмасс, штамповки и гибки.

Комплекс содержит эффективные средства перевода чертежей с бумаги в электронный вид. Отсканированные и векторизованные чертежи используются как основа для параметрических моделей в системах T-FLEX CAD и PRELUDE. Неточности векторизации корректируются на плоской или объемной модели, восстановленной по плоским проекциям. Накопленные ранее на предприятии базы чертежей в электронном виде могут быть воcприняты системами комплекса.

Методики расчета параметров изделий составляют опыт, накопленный предприятием за многие годы. Большое количество этих методик заложены в процедуры, созданные программистами предприятия и они могут быть подключены к предлагаемому комплексу.

Основные преимущества предлагаемого комплекса, состоят в следующем:

Функциональные возможности применяемых САПР