11. Автоматизированная инженерная подготовка технологического процесса.

Комплексная автоматизация, реализуемая в виде «компьютерного интегрированного производства», указывает на "частично автоматизированное промышленное предприятие, где все процессы, связанные с производством продукции, объединены и управляются компьютерами" (рис. 4.1). Первоначально понятие КИП объединяло системы автоматизированного проектирования (CAD), автоматизированные системы технологической подготовки производства (CAPP) и автоматизированные производственные системы (CAM), а затем в него стали также включать автоматизированные системы инжиниринга (CAE), системы автоматизированного контроля качества (CAQ), автоматизированные системы управления производством (CAPM), автоматизированные системы оперативного управления. В общем случае КИП должно охватывать все стадии производственного цикла, начиная от стадии маркетинга и заканчивая стадией выпуска готовой продукции. Остальные стадии жизненного цикла изделий (ЖЦИ) понимаются как внешние по отношению к КИП и находятся с ним в постоянном взаимодействии.

Основой систем автоматизации информационной инженерно-технической подготовки является модуль компьютерной графики (графический редактор), назначение которого – построение и редактирование графических объектов, т. е. представление изображения в памяти компьютера и формирование этого изображения на мониторе компьютера.

Рис. 4.1. Схема комьютерно-интегрированной производственной системы

Основные виды современной компьютерной графики

Векторное изображение представляется в виде совокупности отрезков прямых (векторов), а не точек, которые применяются в растровых изображениях.

Основные преимущества векторного принципа формирования изображе­ний перед растровым состоят в следующем:

• файлы векторных изображений имеют гораздо меньший размер, чем растровых;

• печать векторных изображений осуществляется быстрее;

• масштабирование и трансформация векторных изображений не сопряжены с ограничениями и потерей качества изображения. Наиболее популярными графическими программами, предназначенными для обработки векторных изображений, являются Adobe Illustrator, CorelDRAW, КОМПАС-ГРАФИК, Flash, AutoCad и др.

Системы автоматизированной конструкторской подготовки производства обеспечивают:

1. Более быстрое выполнение проектной документации.

2. Повышение качества выполнения проектной документации.

3. Возможность многократного использования проектной документации.

4. Ускорение расчетов и анализа при проектировании.

5. Высокий уровень проектирования.

6. Сокращение затрат на усовершенствование.

7. Интеграцию проектирования с другими видами деятельности.

На практике используются несколько подходов к компьютерному геометрическому моделированию – каркасный, поверхностный, твердо­тельный. Кроме того, САПР может работать с плоскими проекциями (2D) или с объемной моделью изделия (3D).

Каркасная модель полностью описывается в терминах точек и линий. Каркасное моделирование представляет собой моделирование самого низкого уровня и имеет ряд серьезных ограничений, большинство из которых возникает из-за недостатка информации о гранях, заключенных между линиями, и невозможности выделить внешнюю и внутреннюю области изображения твердого объемного тела. Однако каркасная модель требует гораздо меньше компьютерной памяти, чем две другие модели, и может оказаться вполне пригодной для решения некоторых задач, относящихся к простым формам.

Поверхностная модель определяется с помощью точек, линий и поверхностей. Таким образом, ее можно рассматривать как модель более высокого уровня, чем каркасная модель, а следовательно, как более гибкую и многофункциональную.

Поверхностное моделирование имеет следующие преимущества по сравнению с каркасным:

- способность распознавать и изображать сложные криволинейные грани;

- способность распознавать грани и таким образом обеспечивать средство получения тоновых трехмерных изображений;

- способность распознавать особые построения на поверхностях, например отверстия;

- возможность получения качественного изображения и обеспечение удобного производственного интерфейса со станками с ЧПУ при имитации траектории движения инструмента в трехмерном пространстве для цикла обработки деталей сложных форм по нескольким осям.

Метод поверхностного моделирования наиболее эффективен при проектировании и изготовлении сложных криволинейных поверхностей.

Твердотельная модель описывается в терминах того трехмерного объема, который занимает определяемое ею тело. Таким образом, твердо­тельное моделирование является единственным средством, которое обеспечивает полное однозначное описание трехмерной геометрической формы. Этот способ моделирования представляет собой самый современный и наиболее мощный из трех разработанных методов (рис. 4.2).

Твердые тела

объединение

отсечение

пересечение

Рис. 4.2. Булевы операции при построении твердотельных моделей

В основе каждого объемного тела лежит плоский профиль, к которому применяется операция выдавливания – параллельного перемещения профиля вдоль заданной направляющей с образованием твердого тела (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Этапы создания твердотельной модели операцией выдавливания

Другой способ создания твердотельного примитива – вращение профиля вокруг заданной оси (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Этапы создания твердотельной модели операцией вращения

В настоящее время зарубежные и отечественные разработчики про­граммных продуктов предлагают пользователям большое количество раз­личных прикладных графических программ, отличающихся как своими возможностями, так и стоимостью. Среди них существуют несколько пакетов программ трехмерного твердотельного моделирования, соответствующих принципам системы CAD/CAM/CAE. Наиболее распространенными являются продукты фирм США: "Unigraphics" фирмы "Unigraphics Solutions", "EMS" фирмы "Intergraph", "CATIA" фирмы "IBM", "CADDS" фирмы "Computervision", "Pro/Ingineer" фирмы "PTC", "SolidWorks" фирмы "SolidWorks Corporation", французские "Euclid" фирмы "Matra Datavision" и "Cimatron". В последнее время быстро развивается отечественная система "Компас" фирмы "Аскон" (Санкт-Петербург), являющаяся на сегодняшний день системой среднего уровня, у которой имеются проблемы при работе со сложными моделями, состоящими из большого количества деталей.

Среди систем российских разработчиков наиболее удобна и широко используется как в промышленности, так и в образовании CAD система «КОМПАС-3D».

Система КОМПАС-3D предназначена для автоматизации проектно-конструкторских работ в различных отраслях деятельности. Она может успешно использоваться в машиностроении и приборостроении, архитектуре и строительстве, то есть везде, где необходимо разрабатывать и выпускать чертежную документацию. КОМПАС-3D разработан специально для опера­ционной среды Windows фирмой АСКОН, которая занимает ведущее место среди разработчиков пакетов программ, автоматизирующих конструкторскую деятельность.