Новые возможности САПР, разработанной в российской авиационной промышленности.

Яковлева. С ее помощью делались самолеты Як-112, Як-58, Як-3-реплика (копия истребителя времен Великой Отечественной войны), Як-54, Як-130, а также запускались в серийное производство вертолеты Ми-34 и Ка-126.

Создание ГЕМОСа было обусловлено задачами, решаемыми при проектировании и подготовке летательных аппаратов к серийному производству. На определенном этапе проектирования самолета делается теоретический чертеж его поверхности, описывающий способ задания внешних обводов. По чертежу строится плаз: на металлических листах в натуральную величину прорисовываются сечения, нужные для построения поверхности, а позже вычерчиваются все детали, форма которых зависит от внешних обводов. По плазу делаются металлические шаблоны, деревянные или свинцово-цинковые болванки, эталоны стыков и другая оснастка, необходимая для изготовления самолета. После вычерчивания плаз становится основным носителем информации о размерах. Большинство деталей, связанных с внешними обводами, проектируется, когда плаз еще не готов, и контуры обводов приходится строить на чертеже. Естественно, многометровая кривая, нарисованная в уменьшенном масштабе, не может получиться точной, и контуры деталей на чертеже отличаются от тех, которые должны быть в действительности. Из-за этого после плазовой провязки всегда приходилось переделывать большинство чертежей, иногда существенно изменяя конструкцию.

Математическая модель самолета Як-130, созданная в системе ГЕМОС

В середине 80-х годов предприятия авиационной промышленности стали оснащаться компьютерами VAX с графическими терминалами и системами геометрического моделирования. В ОКБ им. А.С. Яковлева несколько лет функционировала система ANVIL с объектными библиотеками и частью исходных текстов. Это позволяло создавать собственные программы и встраивать их в систему. В 1989 г. был создан пакет программ для моделирования поверхностей бикубическими сплайнами. Его тоже встроили в ANVIL, и впоследствии он получил название ГЕМОС.

В начале 1990 г. с помощью ГЕМОСа была смоделирована поверхность самолета Як-112. Первый вариант математической модели выполнил один человек всего за месяц — это очень хороший срок для такой работы даже сейчас, по прошествии десятилетия. Но главным было то, что чертежи деталей, спроектированных с использованием математической модели, уже не содержали связанных с неточностью обводов ошибок и не требовали дальнейшей переделки. Вслед за Як-112 с использованием этой системы начали проектировать модели Як-58, Як-3-реплика, Як-42М и др. Таким образом, ГЕМОС незаметно стал основным инструментом моделирования в ОКБ им.А.С. Яковлева. Для передачи математических моделей на серийные заводы был создан пакет технологических программ для IBM-совместимых компьютеров. Впоследствии в Оренбурге и Арсеньеве ГЕМОС применяли при запуске в производство вертолетов Ми-34 и Ка-126.

Сквозная технология

Успех ГЕМОСа во многом был связан с тем, что в его эксплуатации участвовали сами разработчики. Это позволило учитывать опыт заводских технологов и регулярно вводить в систему новые функции, обеспечивающие более удобную работу с программой и расширяющие ее возможности. В 1993 г. ГЕМОС стал вполне завершенной, удобной и отлаженной технологической системой для фрезерной обработки сложных поверхностей и выполнения плазово-шаблонных работ. Но время шло, кризис обострялся, производство сворачивалось. На государственном предприятии уже не возникало потребности создавать собственные программные средства. Для ГЕМОСа начался этап самостоятельного развития.

Обычно процесс создания САПР идет от простого к сложному. В первую очередь разрабатывается пакет для двумерного моделирования и выпуска чертежей, затем его дополняют функциями пространственного моделирования. Дальше разрабатывается математическое обеспечение для выхода на станки с программным управлением. Главный эффект от САПР достигается за счет сквозной технологии, важный этап ее — подготовка программ для станков с ЧПУ. Так сложилось, что ГЕМОС создавался как пакет для технологической подготовки производства, а не как система, просто выпускающая чертежи. Это давало системе серьезное преимущество — ГЕМОС обеспечивал и завершающий этап сквозного технологического процесса. Но сначала средств моделирования и черчения в нем не было. Тем не менее работа в этом направлении велась, и в 1993 г. уже были подготовлены предварительные версии плоской и пространственной систем геометрического моделирования, которые нужно было довести до рабочего состояния.

Сделать сложный чертеж в «Сударушке» можно и на устаревшем компьютере

Система ГЕМОС выполняла две основные функции. Во-первых, она давала возможность рассчитать сечения поверхностей произвольной плоскостью, что требовалось для изготовления всех шаблонов. Во-вторых, она позволяла сформировать управляющие программы для обработки поверхностей на станках с ЧПУ, которые использовались при изготовлении болванок для формования обшивки и другой оснастки. Объединение расчетных программ с системой геометрического моделирования послужило основой для создания трехмерной системы автоматизированного проектирования и подготовки программ для станков с ЧПУ.

Программа, которая могла рассчитать сечение сложной поверхности произвольной плоскостью и выдать контур шаблона, естественно, требовала расширения — нужно было также прорисовывать оси, эквидистанты, контуры других деталей и выводить их на фрезерный станок с ЧПУ. В результате появилась система геометрического моделирования для плазово-шаблонных работ и трехкоординатной фрезерной обработки на станках с ЧПУ. Оставалось реализовать простановку размеров, нанесение штриховки и некоторые другие функции, чтобы получить систему и для выпуска чертежей. После этого ГЕМОС стал обеспечивать весь процесс от проектирования изделия до изготовления.

Выпуск чертежей

ГЕМОС — большой специализированный программный комплекс, поэтому для выхода на рынок из него следовало выделить программу, которая пользовалась бы спросом. Ею оказалась плоская чертежная система, получившая в 1995 г. название «Сударушка». В то время уже широко использовался AutoCAD, и новая программа должна была иметь перед ним какое-либо существенное преимущество. Десятая версия AutoCADа позволяла получать чертежи на матричном принтере, но только с низким разрешением. В «Сударушке» был реализован режим, при котором головка принтера печатала, смещаясь на одну треть размера иголки, и качество чертежа, выполненного даже на самом дешевом устройстве, получалось не хуже, чем при применении перьевого плоттера. Эта особенность, а также доступная цена оказались решающими, и ее стали покупать.

Вот один из примеров использования «Сударушки» в машиностроении. Фирма «Астра-2» выпускает оборудование для деревообработки. Ее основная продукция — фрезы и ножи для производства деталей оконных блоков. Такая фреза выполнена в виде барабана, в который вставляются ножи с фигурной режущей кромкой. Нужно построить профиль ножа, при вращении которого получается заданное сечение детали, и сделать его чертеж. На станок заготовка ножа устанавливается под углом, поэтому рабочему для обработки нужен контур профиля в плоскости перемещения фрезы. Сделать необходимые построения — задача хоть и не слишком сложная, но достаточно трудоемкая, даже если пользоваться самой совершенной чертежной системой. Но при распространении «Сударушки» практикуется доработка ее под нужды заказчика. В данном случае в систему был встроен алгоритм пересчета профиля ножа, который обеспечивал связь между сечением детали, профилем в плоскости ножа и контуром, обрабатываемым на станке. Все это значительно ускорило работу, а простота системы позволила быстро начать выпускать достаточно сложные чертежи.

Пространственное моделирование и обработка

Работа над плоским вариантом не остановила развития пространственной системы. По заказу фирмы «Финист», проектирующей в ГЕМОСе экспериментальные летательные аппараты, был разработан пакет программ, позволяющий задать форму лопасти воздушного винта и получить программу для обработки ее на станке с ЧПУ. Модификация этого пакета позволила выполнить одну уникальную работу. В НПО «Гидромаш» был спроектирован насос для шлюза. По требованию заказчика лопасти его четырехметрового рабочего колеса из нержавеющей стали, которые изготавливались на Уралгидромаше, следовало обработать на станке с ЧПУ.

Все осложнялось тем, что раньше на заводе лопасти на станках с ЧПУ не обрабатывали, и пришлось начинать с таких крупногабаритных и ответственных деталей. В ГЕМОСе были подготовлены управляющие программы для изготовления деревянной модели, по которой отливались заготовки, а потом и программы для фрезерования металлических лопастей.

Матмодель пластмассового изделия — основа для обработки деталей пресс-формы

ГЕМОС предназначен для пространственного моделирования, создания поверхностей сложной формы и обработки их на станках с ЧПУ. Его можно использовать при проектировании самолетов, катеров, яхт, лодок, автомобилей и оснастки для их изготовления, но, очевидно, сейчас потребность в этом весьма незначительна. Более актуально то, что «Сударушка» и ГЕМОС обеспечивают сквозной процесс изготовления пресс-форм для литья деталей из пластмассы. В «Сударушке» можно сделать чертежи и математическую модель корпуса бытового прибора, а по ним — чертежи пресс-формы. Математическая модель будет основой при получении управляющих программ для изготовления наиболее сложных и трудоемких деталей пресс-формы — матриц и пуансонов. И при этом не требуется отказываться от работы в других системах.

На многих предприятиях привыкли использовать AutoCAD. Где-то есть такие мощные пакеты, как Pro/ENGINEER или Unigraphics, но нет модулей для фрезерной обработки. В этих случаях программы для станка можно создавать в ГЕМОСе. Имеющийся в нем модуль позволяет обрабатывать двумерные и объемные модели, полученные в других системах. Он в полуавтоматическом режиме формирует управляющие программы для обработки деталей любой сложности, при этом гарантируется отсутствие зарезов.

Считается, что около 80% всех деталей могут быть изготовлены с применением системы, которая обеспечивает рабочее перемещение инструмента в плоскостях, параллельных плоскости стола станка. Для таких деталей предназначен фрезерный модуль «Сударушки», в котором предусмотрена обработка контуров и карманов, сверление, копирование фрагментов траектории, обработка несложных поверхностей. Другой модуль покажет, как будет выглядеть деталь после обработки. На объемной модели будут видны все дефекты, места зарезов, необработанные участки, гребешки и др.

Гравировка

Постепенно растет интерес к программам для гравировки. Фирма «Золотое время» делает на заказ золотые часы, и ей часто требуется выгравировать на них памятные надписи, эмблемы и рисунки. Все это выполняется на высокоточных станках с ЧПУ. Чтобы нанести надпись или рисунок на поверхность изделия, иногда бывает достаточно сделать проход на станке тонким инструментом по заданным линиям, в других же случаях требуется снять слой металла вокруг выступающих участков. Гравировка по золоту имеет свою специфику, поскольку даже малейшие неточности сильно влияют на внешний вид изделия, и ручная доводка не допускается. Фирма сформулировала свои требования к системе, и в непосредственном контакте с ее специалистами был разработан гравировальный модуль «Сударушки». Он обеспечивает и простую, и рельефную гравировку, причем исходные изображения могут быть подготовлены и отредактированы в любой графической системе. На корпусе часов далеко не все поверхности плоские. Часто приходится работать на конусе, сфере, цилиндре и торе — в системе все это реализовано. Возможна также гравировка и на произвольной поверхности вращения, например на тарелке.

Казалось бы, программы для гравировки могут заинтересовать только крупные организации, имеющие необходимое оборудование. Но сейчас производятся не очень дорогие настольные станки с ЧПУ, как импортные, так и отечественные, и «Сударушка» обеспечивает подготовку для них управляющих программ. Станок СИПП-А-05, выпускаемый серийно в Санкт-Петербурге, предназначен не только для гравировки и фрезерования малогабаритных деталей, но и для изготовления печатных плат. Самое сложное и трудоемкое при этом — построить траекторию обхода фрезой вокруг всех проводников с учетом их ширины. Новый модуль «Сударушки» автоматически генерирует программу и для фрезерования проводников, и для сверления отверстий. Небольшая партия печатных плат или одна плата для опытного изделия на таком станке делается проще и быстрее, чем по обычной технологии с использованием фотошаблонов.

САПР — это просто и дешево

«Сударушка» выделилась из системы ГЕМОС как программа для выпуска чертежей и фрезерной обработки, но постепенно в нее переходят обновляемые составные части ГЕМОСа, а также все новые модули, и из простого чертежного пакета она превращается в мощный программный комплекс. В 1998 г. «Сударушка» награждена медалью «Лауреат ВВЦ».

Существует множество разных САПР, от таких мощных систем, как CATIA и Unigraphics, до всем известной системы AutoCAD. Казалось бы, трудно придумать что-то новое, выделяющееся из этого ряда, и привлечь внимание российского инженера. Но «Сударушка» может вызвать интерес у потребителя, хотя в ней и нет чего-либо такого, что отсутствует в других системах.

В основном она ориентирована на отечественных пользователей. И государственные предприятия, и небольшие частные фирмы в нашей стране имеют много общего. Это наличие вычислительной техники, которая считается устаревшей, возможность разместить даже мелкий заказ на любом предприятии, имеющем станки с ЧПУ, и отсутствие средств для приобретения дорогостоящего оборудования и импортных САПР. Все это способствует внедрению «Сударушки» на отечественных предприятиях. Цена САПР на Западе соизмерима с зарплатой инженера. «Сударушка» реализует эту практику в России. Ее цена ниже, чем зарплата инженера на многих российских государственных предприятиях, и повышение производительности труда конструктора окупает затраты на ее приобретение в течение двух-трех месяцев. Неприхотливость системы к аппаратному обеспечению превращает все имеющиеся на предприятиях морально устаревшие вычислительные машины в полноценные рабочие места для конструкторов, а модуль подготовки программ для станков с ЧПУ обеспечивает сквозную технологию от проектирования изделия до его изготовления.

ОБ АВТОРЕ

Сергей Александрович Разбитной — автор систем ГЕМОС и «Сударушка», в прошлом — ведущий конструктор ОКБ им. А.С. Яковлева. Контактный тел.: (095) 118-26-92.

2374