Файл: Лекция 1 Структура и функции компьютерноинтегрированного производства.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.12.2023
Просмотров: 27
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лекция №1
Структура и функции компьютерно-интегрированного производства
В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция организации производственных систем по принципу компьютерно - интегрированного производства. Степень продвижения предприятия на этом пути в значительной степени определяет его потенциал конкурентноспособности. Развитие комплексно автоматизированных производств довольно сильно задержалось в нашей стране, поэтому необходима разработка единого подхода к автоматизации процесса синтеза управления производством. Решение этой задачи подразумевается в рамках формирования интегрированной производственной системы.
Применительно к производствам, технологический цикл которых описывается схемой «проектирование - технологическая подготовка производства - производство» компьютерно - интегрированные производства в зарубежной практике именуются CIM-системами (Computer Integrated Manufacturing) [2].
Подобные системы имеют иерархическую трехуровневую систему управления (рисунок 1.1).
Верхний уровень управления - это уровень планирования и проектирования производства - обеспечивает формирование заказа, с предварительной оценкой его эффективности, сбыт готовой продукции, конструкторскую и технологическую подготовку производства с необходимыми инженерными расчетами (CAD/CAM/CAE-системы), предварительное календарное планирование производства, хранение и актуализацию данных подсистем верхнего уровня.
Средний уровень управления производством реализует задачи оперативно-календарного планирования, обеспечение ремонта, оценки качества продукции, контроля состояния и диагностики оборудования, обеспечения инструментом, хранение и актуализацию оперативных данных, согласованное управление технологическим оборудованием в реальном времени.
Нижний уровень управления обеспечивает автоматическое или автоматизированное управление технологическим оборудованием.
Основными подсистемами или компонентами CIM являются следующие: CAD, CAM, CAP, CAE, PPS, CAT, CAQ и др.
1) CAD - Computer Aided Design - система автоматизированного проектирования. Система CAD выполняет проектирование и конструирование изделия, включая изготовление рабочего чертежа и конструкторской спецификации.
2) САМ - Computer Aided Manufacturing - система автоматизированного производства, управляющая всем производственным процессом изготовления изделия.
3) CAP - Computer Aided Planning - автоматизированная система технологического планирования. Система CAP используется при
технологической подготовке производства, при подготовке управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ с учетом геометрии детали и технологии данного производства, при составлении операционных карт, планов сборки и контроля.
4) CAE - Computer Aided Engineering - автоматизированная система инженерных расчетов. С помощью системы CAE производится моделирование и расчет методом конечных элементов новых конструкций изделия. Система CAE дает возможность оптимизировать параметры проектируемых изделий, что позволяет исключить создание опытных образцов, требующих больших затрат времени и средств.
5) PPS - Productions - Plannung und Steurung (нем.) - автоматизированная система подготовки, планирования и управления производством. Система PPS обеспечивает выполнение заказов, планирование объема производства и сроков изготовления, а также контроль и управление производственным процессом. Система PPS получает текущую информацию о состоянии производства от системы оперативного учета.
6) CAT / CAQ - Computer Aided Testing / Computer Aided Quality - автоматизированная система контроля и диагностики, обеспечения качества. Система CAT / CAQ производит автоматизированный контроль качества изделия с помощью измерительных и контрольных систем, после чего информация о готовности изделия поступает в планово - экономический отдел и др.
Сквозной информационный поток охватывает все области производства на предприятии. Отсюда следуют и преимущества систем CIM такие, как гибкость, уменьшение продолжительности производственного цикла, сокращение цикла опытно-конструкторских работ и, как следствие этого, рост общей производительности. В какой степени эти преимущества будут действительно ощущаться пользователем на практике, будет зависеть от выбора соответствующей CIM.
Рисунок 1.1 - Структура CIM системы
CAD
Электронное моделирование изделия и технологии его изготовления являются основными задачами CAD и CAM систем соответственно. В дословном переводе термин CAD/CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing) означает компьютерное проектирование и изготовление. Под компьютерным проектированием в общем случае понимается разработка конструкторского проекта изделия на основе трехмерного геометрического
моделирования деталей и сборочных единиц, с последующим автоматизированным формированием комплекта чертежно-конструкторской документации. Система, выполняющая компьютерное проектирование, называется CAD-системой.
Если CAD-система при проектировании решает только задачу автоматизации получения комплекта чертежно-конструкторской документации, то ее относят к классу 2D (то есть "плоских") систем. CAD-система, в которой проектирование выполняется на основе трехмерных моделей, относится к классу 3D (то есть "объемных") систем.
Под компьютерным изготовлением понимается автоматизированное формирование, на основе имеющейся геометрической модели изделия, управляющих программ для изготовления деталей изделия на оборудовании с ЧПУ. Система, решающая данную задачу, называется САМ-системой. Некоторые САМ-системы имеют ограниченные средства для моделирования, но обычно модели деталей, на основании которых строится процесс обработки, "принимаются" из CAD-системы через согласованные интерфейсы.
CAD/CAM-системой называется система, которая обеспечивает интегрированное решение задач разработки конструкторского проекта изделия и формирования управляющих программ для обработки деталей изделия на оборудовании с ЧПУ. Объединение этих, достаточно различных классов задач в рамках одной системы обусловлено тем, что их решение базируется на использовании единой трехмерной геометрической модели изделия. Общность модели позволяет избежать всех проблем, связанных с передачей данных из одной системы в другую, обеспечивает итерированное решение проектных задач.
Построение пространственной геометрической модели проектируемого изделия – это основная задача компьютерного проектирования. Создаваемая геометрическая модель хранится в памяти компьютера как некоторое математическое описание и отображается на экране в виде пространственного объекта. Объект может отображаться в различном представлении: каркасном, с удалением невидимых линий, полупрозрачном и полутоновом (рис. 3).
 а) |  б) |  в) |
Рис. 3. Виды представления объекта:
а) каркасное; б) с удалением невидимых линий; в) полутоновое
Различают поверхностное (каркасно-поверхностное), твердотельное и гибридное моделирование.
При поверхностном моделировании сначала строится каркас - пространственная конструкция, состоящая из отрезков прямых, дуг, окружностей и сплайнов. Каркас играет вспомогательную роль и служит основой для последующего построения поверхностей, которые натягиваются на элементы каркаса.
В зависимости от способа построения различают следующие виды поверхностей: линейчатые, вращения, кинематические, галтельного сопряжения, проходящие через продольные и поперечные сечения, поверхности для затягивания окон между тремя и более смежными поверхностями, NURBS-поверхности, определяемые заданием контрольных точек продольных и поперечных сечений; планарные поверхности.
Хотя поверхности и определяют границы тела, но самого понятия "тело" в режиме поверхностного моделирования не существует, даже если поверхности ограничивают замкнутый объем. Это наиболее важное отличие поверхностного моделирования от твердотельного.
Другая особенность состоит в том, что элементы каркасно-поверхностной модели никак не связаны друг с другом. Изменение одного из элементов не влечет за собой автоматического изменения других. Это дает большую свободу при моделировании, но одновременно значительно усложняет работу с моделью.
Рис. 4. Роль компьютерной модели изделия
Твердотельное моделирование имеет в своей основе идеологию, которая существенно отличается от идеологии каркасно-поверхностного моделирования. Твердотельная модель представляет собой целостный объект, занимающий замкнутую часть пространства. Всегда можно точно сказать, находится ли точка внутри твердого тела, на его поверхности или вне тела. При изменении в модели любого элемента будут изменяться все другие элементы, которые связаны с ним. В результате изменится форма твердого тела, но сохранится его целостность.
При гибридном моделировании обеспечивается возможность одновременной работы с твердотельными объектами и с поверхностями. При этом можно "отрезать" поверхностью часть твердого тела, превращать замкнутый поверхностями объем в твердое тело и т. п. Гибридное моделирование позволяет сочетать все удобства твердотельного моделирования с возможностью построения объектов сколь угодно сложной геометрической формы.
В различных CAD/CAM-системах могут быть реализованы как некоторые из перечисленных типов моделирования, так и все из них.
Сегодня в мире предлагается большое число различных CAD-, САМ-, CAD/CAM-систем, отличающихся по функциональной мощности, области применения, степени сложности освоения системы пользователем, стоимости. Из наиболее распространенных в мире CAD-, САМ- и CAD/САМ-систем, в России хорошо известны Catia, Unigraphics, Pro/Engineer, Cimatron, PowerShape/PowerMill, SolidWorks, AutoCAD, а также отечественные разработки — системы Компас, T-Flex, Спрут и др.
Форматы обмена электронными моделями изделий.
Созданные модели могут передаваться из одной CAD/CAM-системы в другую через специальные интерфейсы - согласованные форматы данных для обмена информацией.
Существует ряд так называемых стандартных интерфейсов. Они имеют формат символьных (ASCII) файлов, где описание геометрических и других характеристик модели выполняется в соответствии с принятым стандартом. Среди наиболее часто используемых можно выделить следующие форматы.
VDA – (VerbandderAutomobilindustrie – FileStandard) стандартный файл обмена сложной поверхностной геометрией в немецкой автомобильной промышленности. Преимущества – если система поддерживает этот формат, то на все 100%. Недостаток очень большой размер и избыточность хранимой информации.
STEP – (ISO/IEC 10303 Standard for the Exchange of Product Model Data) - серия форматов изначально разработанный компанией Dassault (Catia) для хранения информации о сборке и структуре изделия. В соответствии с названием стандарта STEP определяет “нейтральный” формат представления данных об изделии в виде информационной модели. Данные об изделии включают в себя: состав и конфигурацию изделия; геометрические модели разных типов; административные данные; специальные данные. Геометрия отдельной детали описана прикладными протоколами AP203, AP214. На сегодня STEP ISO (www.steptools.com) признан международным стандартом, и поддерживается многими разработчиками ПО.
IGES (International Graphics Exchange Standard)– разрабатываемый Национальным институтом стандартов и технологий США(NIST) - наиболее распространённый формат для хранения геометрии сложных поверхностей и достаточно громоздок. Многие системы не поддерживают все возможности этого формата, что создает сложности при обмене данными. IGES ISO