Современное состояние автоматизации технологического проектирования

   СПРУТ – инструментальная среда быстрой  разработки систем проектирования. Необычность решений, предлагаемых «СПРУТ-Технологией» потенциальным потребителям САПР, заключается в том, что наряду с классическими универсальными программами автоматизации инженерной деятельности (CAD, САМ) пользователям предлагается инструмент по быстрому созданию специализированных компьютерных программ, ориентированных на решение задач, возникающих на этапе конструкторско-технологической подготовки производства и непосредственно в процессе производства готовых изделий.

   В своей деятельности специалисты  «СПРУТ-Технологии» выделяют два  основных направления:

1. Автоматизация предприятия и конструкторско-технологической подготовки производства.

   2 Автоматизация разработки программных средств автоматизации предприятия и конструкторско-технологической подготовки производства.

   Основной  упор делается на сокращении сроков и  себестоимости создания прикладных САПР, с включением в процесс разработки предметных специалистов-экспертов. Для лучшего понимания идеи и принципов, заложенных в системе СПРУТ, поясним суть системы автоматизированного проектирования изделия.

   Любая система автоматизированного проектирования представляет собой некую программу, на входе которой подаются исходные данные, а на выходе получаются результаты их обработки в виде цифр, графиков или чертежей, как правило, оформленных в виде отдельных документов. Ни одна система автоматизированного проектирования не существует абстрактно. САПР может быть чего-либо конкретно, например, штамповой оснастки, электродвигателя, автомобиля или утюга. Другими словами, САПР — это объект некоторого проектирования, структура которого должна содержать как минимум пять основных составляющих:

   - объект проектирования, под которым  подразумевается   описание структуры и свойств проектируемого изделия;

   - пользовательский интерфейс, соответствующий  объекту проектирования, для задания  исходных данных на привычном  предметному специалисту, в лице которого выступает пользователь системы, языке;

   - вспомогательные данные, участвующие  в процессе проектирования (нормативы,  стандарты, графики и т.п.);

   - методики расчетов, использование  которых ведет к получению  конечного результата работы программы;

   - документирование результатов работы программы.

   Это общая структура любого программного модуля, из которых может складываться система.

   Теперь  применительно к структуре прикладной системы автоматизированного проектирования рассмотрим укрупненную структуру СПРУТ:

   - для описания структуры и характеристик объекта проектирования разработано соответствующее визуальное интерактивное средство описания объекта в виде графа И/ИЛИ с возможными заменами и описанием свойств каждой структурной единицы. Описание структуры объекта проектирования — задача предметного специалиста, далеко не всегда владеющего программированием. Поэтому пользователю предлагается удобное интерактивное средство, требующее (разумеется, помимо экспертных знаний), только умения владеть мышью и клавиатурой. Объект при этом может постоянно изменяться и дополняться пользователем по мере необходимости в процессе развития системы;

   - для создания пользовательских  интерфейсов имеется соответствующее интерактивное средство, позволяющее усилиями самих пользователей быстро визуально создавать любые окна с размещением на них любых стандартных Windows-компонентов;

   - для создания баз данных в  системе СПРУТ также предусмотрены  все необходимые визуальные средства, исключающие труд программиста. Кроме того, здесь пользователь  с помощью мыши может связывать часть параметров объекта с имеющимися в базе данными. Для интеграции с уже разработанными на производствах базами данных в СПРУТ поддерживаются BDE- и ODBC-интерфейсы;

   - для создания баз знаний или  методик расчетов предметному специалисту предлагается инструмент, позволяющий в удобном для него виде непосредственно описывать методики расчета. При описании методик могут использоваться, в частности, таблицы, графики, монограммы и т.п. При этом в системе СПРУТ поддерживается естественная форма описания методик и алгоритмов выполнения всех этапов проектирования изделия. Если у пользователей имеются собственные программные разработки, их подключение осуществляется в данном блоке. На этом этапе разработки прикладной САПР, как это ни парадоксально, приоритет остается за специалистом, а не за программистом. Не каждый программист способен правильно разработать алгоритм, а ведь именно здесь особенно важно четкое понимание физики процесса. На практике нередко возникают ситуации, когда справочные материалы, используемые для описания методик расчета, содержат ошибки в виде опечаток, своевременно выявить которые могут только предметчики. Все закладываемые методики документируются и при необходимости могут быть распечатаны для дополнительного контроля и анализа ошибок, допущенных на стадии описания, и утверждения окончательного варианта руководством;

   - для документирования результатов  работы прикладной системы в СПРУТ также имеются соответствующие интерактивные средства, позволяющие создавать любые шаблоны документов  и связывать их с результатами расчета программы.

   Таким образом, все необходимое для  визуального создания прикладных систем автоматизированного проектирования силами предметных специалистов практически  в полном объеме представлено на сегодняшний день в системе СПРУТ. Конечно, на практике может оказаться, что не все задачи могут быть описаны легко и просто, без привлечения программиста.

   Возьмем, к примеру, в качестве объекта  проектирования простой вырубной штамп. Пользователю САПР может понадобиться спроектировать вырубной штамп для детали, наружный контур которой имеет сложную несимметричную форму. В этом случае для определения центра давления штампа необходимо рассчитать центр тяжести плоской фигуры — точнее, вырубаемой детали. Или для определения усилия штамповки может потребоваться  рассчитать  периметры всех контуров профиля. Для автоматического выполнения этих расчетов в прикладной системе на этапе создания методик расчетов необходимо будет написать соответствующую программку, а это требует привлечения программиста. Но, согласитесь, такое вмешательство программиста ничтожно мало по сравнению с ручным программированием всей системы.

   В процессе визуального создания прикладной системы автоматизированного проектирования в системе СПРУТ пользователь, сам не ведая того, «пишет» программу. Вернее, программа незаметно для пользователя генерируется автоматически системой СПРУТ, в то время как ее «автор» описывает контуры будущей САПР.

   Сгенерированная в системе СПРУТ программа  доступна и для ручного редактирования. Более того, все, что создается системой СПРУТ, автоматически может быть написано программистом вручную на языке СПРУТ. Таким образом, систему СПРУТ можно условно разбить на две взаимосвязанные части:

   - интерактивные средства;

   - средства программирования.

   Другой  важной особенностью является то, что  созданное в СПРУТ приложение является независимым от платформы и без потерь переносится из одной операционной системы в другую.

   Универсальные программы. Несмотря на то что все программные разработки «СПРУТ-Технология» являются составляющими одной системы СПРУТ, некоторые из них успешно продвигаются на рынке САПР как автономные программные продукты. К ним относятся:

   - SprutCAD для 2D-параметрического моделирования;

   - SprutCAM для проектирования управляющих программ 3D ЧПУ-обработки;

   - СПРУТ-ТП для проектирования технологических  процессов.

   Наиболее  широкое распространение за последние  полтора года получила программа SprutCAM. И если по функциональным возможностям она пока уступает некоторым ведущим западным разработкам, то по интерфейсной части считается наиболее удачной среди существующих мировых аналогов. Для того чтобы приступить к работе с программой, технологу более чем достаточно пройти однодневный курс обучения, при этом обучаемый необязательно должен иметь предварительный опыт работы в области ЧПУ-обработки.

   SprutCAM уже более года успешно продается в России и на Западе. Известная итальянская компания Sintesi (Милан), специализирующаяся в области поставок CAD/CAM-систем в Италии и ряде стран Западной Европы, три года назад заключила с компанией «СПРУТ-Технология» соглашение, в рамках которого была разработана САМ-система SprutCAM, продвигаемая на Западе фирмой Sintesi под торговой маркой SinteCAM. Интерес к САМ-системе SprutCAM со стороны западных пользователей не мал. Каждый день на Web-сайт компании «СПРУТ-Технология» заходят и скачивают демонстрационную версию программы в среднем два представителя дальнего зарубежья. В настоящее время SprutCAM предоставлена в опытную эксплуатацию компании «Роллс-Ройс» в Норвегии.

   Пример  создания прикладной САПР в системе  СПРУТ. Для иллюстрации возможностей системы СПРУТ рассмотрим конкретный пример создания прикладной САПР проектирования оснастки для изготовления резиновых манжет и колец круглого сечения на Коломенском заводе резинотехническис изделий (КЗ РТИ). Здесь решалась вполне конкретная задача проектирования оснастки для изготовления резиновых армированных манжет и резиновых колец круглого сечения.

   Основной  трудностью при проектировании пресс-формы является большое количество разновидностей манжеты, отличающихся не только параметрически, но и структурно. Поэтому незначительное отличие проектируемой манжеты от манжет, выпускавшихся ранее, зачастую приводит к проектированию пресс-формы практически «с нуля». В связи с этим основной задачей при разработке системы автоматизированного проектирования явилась возможность структурного и параметрического формирования требуемого вида манжеты и автоматическая генерация комплекта чертежей на пресс-форму для изготовления манжеты.

   В случае с САПР пресс-форм резиновых  колец существует другая сложность: резиновое уплотнительное кольцо модифицируется только параметрически, зато используется множество вариантов пресс-форм – как одноместных, так и многоместных. При проектировании требуются умение грамотного выбора типа и вида пресс-формы, а в случае отсутствия в базе данных подходящего аналога — синтез нового вида пресс-формы. При этом правила синтеза, описываемые в базе знаний, должны управлять многокритериальным поиском наиболее подходящего решения.

   Для решения такой задачи не подходят привычные продукты. Попытки выполнить  расчеты, в частности,   с   использованием Microsoft Excel и затем выполнить параметризацию   подготовленной модели в CAD-системе оказались бесплодными. В настоящее время САПР как отечественного, так и зарубежного производства обладают хорошо развитой возможностью параметрического редактирования чертежа. Но в данном случае такой подход оказался неприемлем из-за большого разнообразия проектируемых типов манжет и требований, предъявляемых к уплотнительным  кольцам  (направление разъема пресс-формы, количество колец на одной пресс-форме и т.п.). Ведь для получения комплекта чертежей пресс-форм на каждый вид кольца пришлось бы заводить собственную параметризированную модель, что ведет к неоправданным затратам. Возникла острая потребность в структурной генерации манжеты, а на ее основе — и пресс-формы, что возможно только при наличии соответствующего инструментария в системе разработки.

   Для решения этой задачи была использована инструментальная среда автоматизированного проектирования СПРУТ.

     Геометрическая модель детали  была создана средствами SprutCAD, предназначенной для быстрой разработки геометрических моделей изделия с одновременной генерацией программы, описывающей эту модель. В результате интерактивных действий пользователя автоматически генерируется текст программы на языке СПРУТ. Любое интерактивное изменение элемента приводит к корректировке его текстового определения, и наоборот, редактирование текстового определения любого элемента автоматически отражается на чертеже. При этом в обоих случаях система не только изменит редактируемый элемент чертежа, но и по дереву построения автоматически переопределит все элементы, имеющие отношение к изменению.

   Все знания о проектировании данного  вида изделий были получены в КБ завода. Эти знания были формализованы в базе знаний. Таким образом были созданы программные модули прикладной САПР, осуществляющие структурный и параметрический синтез.