Информационная интеграция CAD и CAPP систем

The paper describes the problem of integration CAD and CAPP systems from the informational point of view. There are many different ways to build the technological model based on the information given by the CAD system, so much time spend during that stage. An offered approach can reduce the development time and avoid human errors during the logical conversion between CAD and CAPP systems.

Основной задачей автоматизированных процессов подготовки производства является сокращение времени преобразования информации от идеи до готового изделия, с одновременным снижением влияния человеческого фактора. Это достигается за счет интеграции процессов подготовки производства (конструкторской подготовки, технологической, экономической). При этом некоторые задачи интеграции, требуют для своего решения не только согласование обменных протоколов, но и преобразования информации о детали. Одна из таких задач - интеграция автоматизированных систем конструкторской (CAD) и технологической (CAPP) подготовки производства.

Автоматизация двух основных этапов подготовки производства деталей перекрывается CAD и CAPP системами. В данном случае в CAD системе формируется идея конструктора в электронном виде (в виде проекции или трехмерной модели), а в CAPP системе проектируется технологическая система производства детали. В настоящее время система CAPP опирается на информацию об изделии, введенной технологом с чертежа, ранее подготовленного в CAD системе.

Одна из задач технолога на начальном этапе технологической подготовки учесть особенности представления информации принятые для входного потока CAPP системы. Теоретически, технолог и конструктор готовят две разные модели одной и той же детали. Состав и структура проектируемой технологической системы зависят от субъективных и объективных причин.

К объективным причинам следует отнести технические и экономические возможности производства, а также технологические традиции, сформированные предшествующими решениями.

К субъективным причинам отнесем подход конкретного технолога к декомпозиции детали на составные элементы и использование возможностей производства, что во многом определяет будущую технологическую систему.

Задача информационной интеграции – на этапе формирования модели детали, частично или полностью заменить технолога.

Этим исключается один из субъективных факторов и обеспечивается непрерывность процесса проектирования.

В CAD системе конструктор может представить деталь несколькими способами:

- в виде двумерной проекции (плоского чертежа);

- в виде трехмерной твердотельной модели;

- как композиция ссылок на библиотечные элементы.

Выбор способа представления зависит от возможностей CAD системы и в большей степени от возможностей и потребностей конструктора. При этом каждый способ обладает некоторой информационной наполненностью и представляет один из уровней описания детали. Последний представленный способ находится на прикладном уровне описания детали, ориентированным на конкретное производство, два первых могут быть отнесены к базовым уровням и могут быть получены из прикладного. Под информационной наполненностью здесь понимается потенциальная возможность передать как можно большее количество информации о детали и проектируемой технологической системе (ТС).

В приведенном списке плоский чертеж обладает минимальной наполненностью, а трехмерная модель, составленная из библиотечных элементов - максимальной. Элементу библиотеки приписывается максимально возможное количество атрибутов, описывающих, элементы ТС, что практически решает поставленную задачу. Но у этого способа присутствует достаточно весомый недостаток, заключающийся в жесткой привязке к библиотеке элементов, ограничивающий круг CA-систем, понимающих такое представление детали только теми, которые поддерживают соответствующие библиотеки, это недостаток можно решить введением средств перевода с языка одного уровня на другой.

В зависимости от способа представления детали в выходном потоке CAD системы будут присутствовать различные элементы языков различного уровня. Для плоского чертежа такими элементами будут элементы двумерной графики, связанные в иерархию по отношению к элементам детали, для трехмерной модели это элементы, описывающие поверхности и тела в пространстве.

Системы проектирования технологических процессов (ТП) рассматривают деталь как результат работы ТС, которую они проектируют. Этот результат есть сумма элементов полученных в результате технологических операций, а уточнение и упорядочивание операций есть процесс проектирования в системе CAPP. В данной работе нас интересует первичное представление детали до начала проектирования. Фактически это список элементов детали, для которых будут спроектированы элементы ТП. Каждый такой элемент может быть представлен как комбинация поверхностей или соответствующих изображений этих поверхностей на чертеже.

Таким образом, можно предположить, что для определения состава операций необходимо проанализировать модель детали на предмет наличия в ней элементов подобных элементам, описывающим операции. Однако под термином «подобие» скрывается не только подобие геометрическое, но и возможность выполнения операцией некоторых условий заданных для детали. Такими условиями могут быть допуски на размеры, классы чистоты поверхностей при обработке, минимальные и максимальные обрабатываемые размеры и т.д. В этих условиях учитываются особенности конкретного производства.

Переход от модели детали к списку операций выполняется в несколько этапов.

На первом этапе (этап интеграции) производится подготовка библиотеки операций с соответствующими им шаблонами. Для каждого шаблона указываются: геометрическая форма (модель элемента детали получаемого в результате данной операции), фиксированные параметры, изменяемые параметры и пределы изменения. Также, в шаблоне необходимо иметь информацию о несущественных для преобразования, но переносимых в операцию параметрах. Каждому параметру шаблона ставится в соответствие параметр технологической операции, в который он будет преобразован и, возможно, функция преобразования. Этот этап выполняется единожды при настройке системы на конкретное производство. При изменении производственной базы соответствующим образом модифицируется библиотека.

На втором этапе (этап поиска) выполняется поиск в модели детали элементов подобных шаблонам операций. Каждый отобранный элемент, которому может быть поставлен в соответствие тот или иной шаблон помечается флагом. Если помеченному элементу соответствует еще какие-либо шаблоны, то соответствующие операции группируются как альтернативные. Под соответствием понимается соответствие формы (геометрическое подобие), фиксированных параметров (значения параметров чертежа должно быть равно значениям параметров операции) и изменяемых параметров (значение параметра чертежа должно входить во множество значений параметра операции).

На третьем этапе преобразования (этап формирования операций) выполняется обратный переход от графических описаний к списку операций.

Не зависимо от формы обменного файла, большинство протоколов передает модель детали в виде некоторой иерархии, которая легко представляется деревом. Узлы этого дерева – сущности, описывающие представление детали. Каждая сущность может быть выражена через другую сущность из определенного набора. Самая последняя сущность в ветви должна иметь определенное значение.

Примером набора сущностей может служить схема, определяющая протокол применения из языка EXPRESS. Шаблон также может быть реализован в виде дерева. Если в модели детали находится поддерево, соответствующее дереву шаблона, то можно сказать, что в детали присутствует элемент, соответствующий шаблону. В результате поиска из иерархии модели детали должна быть получена иерархия параметризированных шаблонов. Такой вариант реализации подходит для трехмерных моделей, однако для плоского чертежа аналогичную иерархию построить сложнее, особенно, если ему не предшествовала трехмерная модель детали, вследствие того, что чертеж обладает меньшей информационной наполненностью. Это увеличивает неоднозначность при отнесении того или иного элемента к определенному шаблону и может породить несколько иерархий шаблонов, отражающих несколько возможных путей реализации детали.

Само наличие множества вариантов описания детали говорит о потенциальной возможности внесения человеком ошибки во время преобразования. Задачей информационной интеграции является формализация логического преобразования выходного потока системы CAD во входной поток системы CAPP, с учетом описанных выше ограничений.

Таким образом, возможно снижение количества ошибок за счет устранения влияния человеческого фактора, и увеличение производительности подготовки производства.