Автоматизация плазовых работ
ЛЕКЦИЯ 5
Автоматизация плазовых работ
Почти все крупные предприятия используют в своей работе возможности компьютерной техники, в частности CAD, CAE, CAM технологии, т.к. они предоставляют ряд преимуществ, таких как:
–Совершенствование методов проектирования, в частности, использование методов многовариантного проектирования и оптимизации для поиска эффективных вариантов и принятия решений.
–Повышение доли творческого труда инженера-проектировщика.
–Повышение качества проектной документации.
–Совершенствование управления процессом разработки проектов.
–Частичная замена натурных экспериментов и макетирования моделированием на ЭВМ.
–Уменьшение объёма испытаний и доводки опытных образцов в результате повышения уровня достоверности проектных решений и, следовательно, снижение временных затрат.
Рекомендуемые материалы
В настоящее время ситуация в области систем автоматического проектирования (САПР) техники сложилась таким образом, что образовался разрыв между специализированным информационным и программным обеспечением, реализующим проектный расчет изделий на различных этапах проектирования (специализированные САПР), и инструментальными средствами проектирования на ЭВМ.
CAD, CAE, CAM системы предназначены для комплексной автоматизации проектирования, конструирования и изготовления продукции. В них фактически объединены три системы разного назначения, разработанные на единой базе, аббревиатуры которых расшифровываются следующим образом:
CAD – Computer Aided Design – компьютерная поддержка конструирования;
САЕ – Computer Aided Engineering – компьютерная поддержка инженерного анализа;
САМ – Computer Aided Manufacturing – компьютерная поддержка изготовления;
Этап конструирования (CAD, САЕ) предполагает объемное и плоское геометрическое моделирование, инженерный анализ на расчётных моделях высокого уровня, оценку проектных решений, получение чертежей.
Этап технологической подготовки производства (АСТПП) – на Западе называют САРР (Computer Automated Process Planing) – предполагает разработку технологических процессов, технологической оснастки, управляющих программ (УП) для оборудования с ЧПУ. Сюда входит задача САПР ТП – разработка технологической документации (маршрутной, операционной), доводимой до рабочих мест и регламентирующей процесс изготовления детали. Конкретное описание обработки на оборудовании с ЧПУ в виде управляющих программ вводится в систему автоматизированного управления производственным оборудованием (АСУПР), которую на Западе называют САМ.
САЕ системы, используемые для анализа и оценки функциональных свойств проектируемых узлов и деталей, охватывают широкий круг задач моделирования упругонапряженного, деформированного, теплового состояния, колебаний конструкции, стационарного и нестационарного газодинамического и теплового моделирования с учетом вязкости, турбулентных явлений, пограничного слоя и т.п. Наиболее распространены САЕ-системы, использующие решение систем дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных элементов (МКЭ). Они делятся на универсальные системы анализа с использованием МКЭ и специализированные.
В зависимости от функциональных возможностей, набора модулей и структурной организации CAD, CAE, CAM системы можно условно разделить на три группы: легкие, средние и тяжелые системы.
Легкие системы. Это первый в сложившемся историческом развитии класс систем. К этой категории можно отнести такие системы, как AutoCAD, CAD-KEY, Personal Designer, ADEM, КОМПАС. Они, как правило, используются на персональных компьютерах отдельными пользователями. Такие системы предназначены в основном для качественного выполнения чертежей. Также они могут использоваться для двухмерного (2D) моделирования и трёхмерных построений. Эти системы достигли в последнее время высокого уровня совершенства. Они просты в использовании, содержат множество библиотек стандартных элементов, поддерживают различные стандарты оформления графической документации.
Системы среднего класса. Сравнительно недавно появившийся класс относительно недорогих трёхмерных CAD систем. К нему относятся системы Solid Edge, Solid Works и т.д. Их появление связано с увеличением мощности персональных компьютеров и развитием операционной системы. С их помощью можно решать до 80% типичных машиностроительных задач, не привлекая мощные и дорогие CAD,CAM системы тяжёлого класса. Большинство систем среднего класса основываются на трёхмерном твёрдотельном моделировании. Они позволяют проектировать большинство деталей, сборочные единицы среднего уровня сложности, выполнять совместную работу группам конструкторов. В этих системах возможно производить анализ пересечений и зазоров в сборках
Системы тяжёлого класса. Такие системы предоставляют полный набор интегрированных средств проектирования, производства, анализа изделий. В эту категорию систем попадают CATIA, Unigraphics, Pro/ENGENEER, CADDS5, EUCLID, Cimatron, Ansys, LS-Dyna, Adams, Nastran, ABAQUS. Они позволяют решать широкий спектр конструкторско-технологических задач. Кроме функций, доступных системам среднего класса, тяжёлым CAD,CAM системам доступно:
–проектирование деталей самого сложного типа, содержащих очень сложные поверхности;
–выполнение построения поверхностей по результатам обмера реальной детали, выполнения сглаживания поверхностей и сложных сопряжении;
–проектирование массивных сборок, требующих тщательной компоновки и содержащих элементы инфраструктуры (кабельные жгуты, трубопроводы);
–работа со сложными сборками в режиме вариантного анализа для быстрого просмотра и оценки качества компоновки изделия.
В процессе плазовой подготовки производства необходимо обоснованно выбрать систему CAD/CAM соответствующего уровня сложности.
Плазово-технологическая подготовка производства является заключительным звеном в длинной цепи подготовительных операций, называемых «подготовка производства» судостроительного предприятия. Все мероприятия, направленные на сокращение затрат времени на плазовую подготовку производства являются актуальными, ибо напрямую влияют на трудоёмкость изготовления деталей и формирования судна в целом.
Для целей плазовой подготовки производства сегодня предлагается целая линейка систем CAD/CAM (возможно, с определенными доработками), начиная с чисто судостроительных систем типа TRIBON, FORAN и заканчивая таким популярным пакетом как AutoCAD.
Критерии, по которым следует проводить выбор систем CAD/CAM для целей плазовой подготовки производства можно подобрать на основании опыта применения этих систем на Российских предприятиях и, в частности, ФГУП «Адмиралтейские Верфи» .
Система, понятная любому пользователю (обладающая дружественным интерфейсом), позволит внедрить её в более короткие сроки. Пользователи, работающие в системе, должны быть специалистами только в своей предметной области, а не программисты-математики. Чем больше проблем система решает в «автоматическом» режиме, тем привлекательнее она для человека, работающего с ней. С другой стороны, зачастую необходимо знать, каким именно способом построен тот или иной объект, чтобы понимать как он или его изменения будут влиять на другие элементы геометрии. Каждая операция, требующая действий от человека, должна предоставлять наглядные средства её правильного выполнения. Например, если требуется построить эквидистанту к поверхности, то желательно увидеть прямо на модели в какую сторону она будет отложена, а не задумываться над тем, какая сторона у поверхности положительная, а какая отрицательная.
В настоящее время все передовые системы оперируют для этого с твердыми телами и визуализируют их. Особенно это важно в судостроении, где количество линий, поверхностей, деталей очень велико, а в случае представления всех элементов в виде линий и сеток на экране образуется «каша», разбираться в которой очень непросто. К тому же, из-за больших размеров корабля на экране приходится представлять секции по 12-15 метров.
В силу особенностей судостроительного предприятия данные для судна поступают из самых различных источников – от проектантов, поставщиков оборудования, субподрядчиков, которые работают в различных информационных системах, поэтому система СРП должна читать данные во всех основных форматах обмена информацией. Например, блок насосов был импортирован в систему CATIA из системы Pro/Engineer. И наоборот, выводить сведения в эти форматы, так как в других подразделениях могут использоваться более «легкие» системы – тот же AutoCAD.
Бесплатная лекция: "25 Общие закономерности и принципы, регулирующие взаимоотношения личности и государства, индивида и социальных групп" также доступна.
В судостроении объект строительства – корабль – очень большой и сложный объект (одних только деталей корпуса от 30 до 50 тысяч), поэтому совершенно необходим многопользовательский режим, и весь проект должен управляться общей системой . Например, при увеличении толщины детали или при изменении формообразующей поверхности автоматически должны измениться примыкающие к ней детали. Общая система обязана давать ответ на вопрос: какие детали и как изменились, то есть если изменения незначительны, например, длина ребра жесткости увеличилась на 0.5 мм, то такое изменение не должно привести к переделке детали, а при значительных изменениях – должны быть оповещены пользователи, работающие далее по технологической цепочке.
Оценка критерия «цена/производительность» – важная характеристика системы. Как правило, желательно использовать совокупность «тяжелых» и «легких» систем. Например, для построения полной модели корабля разумно использовать «тяжелую» систему типа TRIBON, CATIA, а для оформления чертежей – AutoCAD.
Одно из самых главных требований к системе CAD/CAM, применяемой для моделирования корпуса – правильность и точность её работы с геометрией. Причем, хотя точность получаемых на плазе деталей, шаблонов, чертежей и т.д. равна ±1 мм, для обеспечения такой точности необходимо обеспечивать точность работы системы CAD/CAM до долей миллиметра. Это связано с тем, что ошибка в элементе, на основании которого строятся последующие элементы, породит более грубую ошибку, а если на основании уже этих элементов опять строится геометрия, то ошибка возрастет , как лавина.
В системе должно быть много способов построения одних и тех же элементов, то есть система должна быть функционально избыточна. Простой пример – построение окружности различными способами. Например, если оставить способ построения окружности только по параметрам «центр» и «радиус», то этого явно недостаточно, надо ещё строить по трем точкам, из центра и касанием к прямой линии и так далее.
Описание каждого элемента цифровой модели должно содержать все атрибуты, необходимые для его изготовления и монтажа. Например, технолого-нормировочная карта (ТНК), которая отдается в цех. Эта ТНК используется для изготовления детали, формирования карт раскроя, гибки, нормирования работ. Наличие в модели технологических реквизитов позволяет вести расчет интегральных характеристик: массы деталей, длин и массы фасок, припусков, позволяет создавать список материалов, осуществлять глобальный поиск деталей по их атрибутам и так далее. Такая информация позволяет тратить меньше времени на выпуск документов при подготовке производства (в части CAM).
Примером введения атрибутов в модель может служить задание разделки кромок под сварку . Текстовый атрибут является указанием на разделку, точная геометрия которой указана в альбоме сварочных узлов. Данный атрибут должен автоматически переходить в описание детали в виде ТНК и указывать разделку от точки до точки, определённых пользователем.
