Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ особенностей информационного обеспечения технологий изготовления корпусных конструкций в условиях комплексной автоматизации производства 10
1.1. Современный уровень потребности производства судовых корпусных конструкций в информационном обеспечении 12
1.2. Существующие средства разработки информационного обеспечения технологий производства корпусных конструкций 22
1.3. Современный уровень комплексной автоматизации отечественных судостроительных предприятий 27
1.4. Особенности организации проектирования и подготовки производства корпусных конструкций' в условиях комплексной автоматизации 31
1.5. Выводы и постановка задачи исследования 35
Глава 2. Исследования структуры и способов информационной интеграции этапов проектирования судна и подготовки производства по изготовлению корпусных конструкций 38
2.1. Современные требования к структурному построению электронной модели судна 40
2.2. Математическое обеспечение описания структурного построения электронной модели судна 42
2.3. Исследование информационных потоков формируемых в процессе разработки электронной модели судна и взаимодействия проектанта и строителя 47
2.4. Организация разработки электронной модели судна и способы передачи результатов проектирования для решения задач подготовки производства 54
2.5. Выводы по результатам выполненного исследования 60
Глава 3. Исследование особенностей подготовки управляющих программ для машин плазменной резки металла с ЧПУ фирмы JMG и возможных причин появления брака 62
3.1. Разработка методики исследования причин появления брака в листовых деталях, имеющих фаски 72
3.2. Исследование алгоритма расчета кадра бокового смещения при формировании УП средствами модуля ESS 77
3.3. Разработка предложений по совершенствованию метода контроля правильности отработки системой управления МТР параметра высоты плазматрона над листом 89
3.4. Анализ причин «зарезов» в зоне разворота резака и разработка рекомендаций по их ликвидации 91
3.5. Анализ причин появления погрешностей в разметке линий установки деталей набора с помощью МТР и разработка предложений по сборке полотнищ без ручной разметки... 93
3.6. Выводы по результатам выполненных исследований 96
Глава 4. Исследование причин низкого качества изготовления гнутых деталей из профильного проката с контролем формы с помощью инверсных кривых 91
4.1. Особенности технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката, заложенные в линии изготовления деталей судового набора 97
4.2. Особенности методов информационного обеспечения технологий изготовления гнутых деталей из профильного проката, имеющиеся в программном обеспечении CAD/САМ систем 101
4.3. Исследование влияния параметра высоты границы рабочего поля на результат расчета инверсныхлиний 104
4.4. Разработка аналитического обоснования величины перекроя для инверсных линий и метода управления им 106
4.5. Аналитическое обоснование значения шага для задания точек инверсных кривых 109
4.6. Разработка технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката с использованием автоматизированной линии резки
4.7. Выводы по результатам выполненных исследований 116
Глава 5. Разработка предложений по разработке конструкторской и технологической документации для изготовления корпусных конструкций с учетом опыта ОАО «Балтийский завод 118
Организация разработки технологической документации и выпуска управляющих программ для изготовления листовых и гнутых деталей из профильного проката 118
Организация информационных потоков и обеспечение управления материальными и трудовыми затратами при выполнении подготовки производства в CAD/CAM системах 122
Особенности отработки конструктивных решений на технологичность 126
Возможные направления совершенствования методов разработки электронной модели судна 128
Заключение 133
Список литературы 135
- Существующие средства разработки информационного обеспечения технологий производства корпусных конструкций
- Математическое обеспечение описания структурного построения электронной модели судна
- Исследование алгоритма расчета кадра бокового смещения при формировании УП средствами модуля ESS
- Особенности методов информационного обеспечения технологий изготовления гнутых деталей из профильного проката, имеющиеся в программном обеспечении CAD/САМ систем
Введение к работе
Судостроение является одной из наиболее важных отраслей большинства развитых стран. Аккумулируя в своей продукции достижения большого числа смежных отраслей промышленности (металлургии, машиностроения, электроники и т.п.), судостроение одновременно стимулирует развитие этих отраслей на достижение ими высокого научно-технического уровня. Как производство в целом, судостроение относится к единичному или, в лучшем случае, к мелкосерийному производству. Вместе с тем, судно любого назначейия является чрезвычайно сложным изделием. Процессы его проектирования и строительства сложны по своему содержанию и значительны во времени. Подготовка производства, в обеспечение строительства судов нового проекта на судостроительных предприятиях, представляет собой совокупность сложных взаимосвязанных процессов, требующих высокого уровня организации и согласования действия большого числа коллективов-участников создания судна, при решении широкого комплекса вопросов.
В советские времена в российском судостроении был накоплен значительный опыт проектирования и строительства судов самого разного назначения. Судостроительная отрасль представляла собой развитую систему, функционирование которой было достаточно жестко регламентировано комплексом нормативных документов государственного и отраслевого уровней. В тоже время традиционная для отечественного судостроения организация выполнения проектирования и подготовки строительства судов имела ряд особенностей, которые в определенной степени мешали внедрению методов автоматизированного проектирования и подготовки производства [5]. В результате создаваемые в советском судостроении системы САПР/AC Л Ш отличались от аналогичных зарубежных систем по принципам информационной интеграции, хотя большинство инженерных решений были почти идентичны [64], [8]. Причиной этому являлось стремление сохранить узаконенную организацию работ между проектными организациями и заводами строителями и использование видов документов, регламентированных отраслевыми и государственными стандартами [22]. На зарубежных верфях подобные ограничения отсутствовали. Работа в условиях рыночных отношений не накладывала каких-либо ограничений на использование не стандартных принципов организации выполнения работ и форму применяемой документации. Поэтому, с развитием интегрированных программных средств автоматизации проектирования и подготовки строительства судов, получивших название CAD/САМ систем (от англ. Computer Aided Design/ Computer Aided Manufactoring), стали развиваться и новые принципы организации проектирования и подготовки производства, основанные на возможностях такого программного обеспечения (ПО) [34]. В результате, западные верфи смогли достаточно быстро оценить эффект, который давала автоматизация инженерных работ с использованием компьютерных технологий. Мировой опыт показал, что применение CAD/САМ систем позволяет уменьшить количество этапов проектирования, упорядочить и упростить отношения Заказчик - Проектант - Строитель, сократить число взаимодействующих организаций и в целом изменить процессы проектирования и подготовки производства в лучшую сторону. Начиная с конца 90-х годов, в отечественном судостроении также появились предприятия, использующие в практике организации своего бизнеса принципы рыночных отношений. Это позволило им опираться не только на отечественные разработки в области САПР/ACПIII и жестко следовать требованиям нормативных документов, определяющих состав и виды документации, а использовать весь положительный опыт, накопленный за рубежом, тем более в случаях, когда заказчиком судна является иностранная фирма. В качестве технического оснащения для выполнения этапов проектирования судов и подготовки производства эти предприятия сразу же сориентировались на зарубежные CAD/САМ системы, основными среди которых стали AUTOKON, FORAN и TRIBON. Эти программные продукты широко применялись и уже имели хорошую репутацию на мировом судостроительном рынке. Разработчики этих системы постоянно развивали новые, усовершенствованные версии программного обеспечения под новые компьютерные возможности и новые технологии, которые развивались вместе с всеобщей автоматизацией. Все указанные выше CAD/САМ системы сопровождались хорошей, подробной документацией пользователей. В большинстве случаев, при внедрении этих систем, проводились курсы обучения будущих пользователей. Однако оказалось, что не всегда зарубежный опыт работы с CAD/САМ системами полностью применим в условиях отечественного судостроения. Основными причинами стали как определенные, пока не отмененные, нормативные положения, так и отсутствие опыта организации выполнения работ, включая недостаточную квалификацию специалистов. В условиях рыночных отношений, применение CAD/САМ систем позволяет изменить традиционную для отечественного судостроения схему заказа проекта, включая распределение работ' между проектной организацией и заводом строителем. Заказчик (особенно иностранный) заказывает судно заводу. При заключении контракта на строительство, Заказчик определяет какое ему необходимо судно, какими качествами оно должно обладать и какую сумму он заплатит за него. При этом, его не всегда интересует кто будет судно проектировать. Заказчиком проекта в этом случае выступает сам завод.. Он заключает договор с конструкторским бюро, с которым оговаривает требования к проекту, к технологичности конструкций, в каком виде должна быть передана проектная документация, в какие сроки и за какие деньги. Кроме того, высокий уровень автоматизации части задач дает возможность заказывать в КБ, параллельно с разработкой рабочего проекта, и выполнение определенных объемов технологической подготовки. Первый же опыт параллельного проектирования показал значительные преимущества данного варианта организации работ. Однако, он же поставил сразу же и целый ряд вопросов.
Одним из первых, возникающих уже на этапе заключения договора на проектирование, встал вопрос о стадиях разработки проекта и форме передачи результатов проектирования заказчику - заводу строителю (Верфи). Традиционная номенклатура документов и графики ее разработки уже не могли удовлетворять Верфь, так как перед самой Верфью стояли новые, более жесткие требования к срокам строительства, к видам документов и информации, которые она должна была согласовывать с заказчиком судна. Так как проектные работы оплачивались Верфью, в целях экономии средств, необходимо было также определить минимально необходимый, но достаточный для строительства объем проектных работ.
В поисках этого оптимального сочетания, договора на разработку проектной документации согласовывались значительный период времени. Во избежание повторения этих процедур на последующих проектах, и Проектанты и Верфи стали разрабатывать определенные технические требования и инструкции на разработку проектной документации, которые оказались и эффективными и действенными во многих аспектах. Сложности подготовки и согласования договорных документов выявили необходимость наведения и определенного терминологического порядка, в частности, однозначного понимания понятия «электронная модель судна» (ЭМС). Ранее это понятие определяло основной результат автоматизированного проектирования судна Проектантом в варианте, когда дальнейшую подготовку производства выполняла Верфь. Однако, однозначного описания своего содержания «электронная модель судна» не имела. В большинстве случаев ее наполнение определялось договоренностями между Верфью и Проектантом. Данное положение не только. не позволяет определять стоимость ее разработки на этапе проектирования, но и затрудняет вариант взаимодействия проектанта и строителя в случае, если они используют разные CAD/САМ системы. С началом использования CAD/САМ систем появилась необходимость поиска нового подхода и к решению вопросов согласования проектных решений с Верфью. В соответствии с нормативными определениями этот этап называется отработкой судна на технологичность. Существующая организация его выполнения не соответствует новым возможностям, которые дает использование CAD/САМ систем. По-новому требуется решать вопросы определения формы и графика передачи результатов проектирования на Верфь [7]. Ряд вопросов возникает и в варианте подготовки документации при реализации в цехах Верфи новых технологий, закупаемых за рубежом. Сегодня, для части технологий, применяемых в корпусозаготовительном производстве, отсутствуют не только формы передачи инженерных решений, но иногда и методы их получения. Так, ОАО «Балтийский завод» установил в новом керпусообрабатывающем цехе оборудование, способное вырезать листовые детали с одновременной разделкой кромок под сварку и наносить на них разметку линий установки деталей набора. Необходимые средства информационного обеспечения данного оборудования имеются в CAD/САМ системах. Однако практика показала, что для их использования необходима определенная настройка, которая не реализуется на этапе поставки оборудования. Аналогичная ситуация возникла и в варианте внедрения технологии изготовления гнутых деталей из профильного проката с использованием, для задания и контроля их формы, инверсных линий. Поставляемая с CAD/CAD системами методическая документация не позволяет рассчитывать необходимую для реализации данной технологии информацию без выполнения дополнительного исследования и настройки программного обеспечения.
В настоящее время работ по решению данных вопросов на отраслевом уровне не выполняется. Попытки отдельных предприятий закрывать частные вопросы не могут приводить к эффективным решениям, так как практика показала, что их получение возможно только на основе комплексного подхода. Поэтому, в данной диссертации ставилась цель разработать комплекс необходимых научно-обоснованных решений по реализации выполнения технологической подготовки корпусного производства в условиях параллельной разработки проекта средствами CAD/САМ систем для предприятий, оснащенных современными технологиями изготовления корпусных конструкций. В качестве базы для выполнения исследований были выбраны ООО ПКБ «Петробалт» и ОАО «Балтийский завод». Причиной выбора данных предприятий явилось то, что они имеют реальный опыт параллельного проектирования. Завод применяет самые прогрессивные технологии в области изготовления корпусных конструкций. Оба эти предприятия используют в своей деятельности разные CAD/САМ системы, что позволяет исследовать максимальный круг вопросов. Кроме этого реальное применение новых технологий и зарубежного оборудования позволяло сориентировать методы поиска научно обоснованных решений на выполнение натурных экспериментальных работ и их проверку в условиях реального производства. Это обеспечивало уровень достоверности полученных решений, необходимый для возможности их применения другими судостроительными предприятиями.
Существующие средства разработки информационного обеспечения технологий производства корпусных конструкций
Первыми в отечественном судостроении сформировались средства расчетного получения с помощью ЭВМ управляющих программ для вырезки деталей из листового металлопроката на МТР с ЧПУ. К началу-80-х годов в отечественном судостроении был разработан ряд систем АТОПС, ПЛАТЕР, СИБОС для расчетного получения управляющих программ к МТР и решения задач плазово-технологической подготовки производства, включая определение с помощью ЭВМ точной формы всех деталей корпуса и расчет данных для изготовления плазовой оснастки [23]. Основой их структурного единства был именно состав задач расчетного получения УП для МТР с ЧПУ [20].
Параллельно в проектных организациях так же велись работы по автоматизации с помощью ЭВМ расчетов по статике и динамике проектируемых кораблей. Результирующей разработкой на конец 70-х годов была САПР «Проект-1» [23].
С развитием средств вычислительной техники и методов решения задач информационного обеспечения в отечественном судостроении была разработана более современная интегрированная система проектирования и подготовки производства судов - система «РИТМ-Судно» [64]. Данная система базируется на применении в качестве общесистемной первоосновы (общесистемных средств машинной графики) графического редактора AutoCAD [35]. В системе предусмотрены все возможные способы ввода команд (экранное меню, планшет, диалоговые окна, прямой ввод с клавиатуры и пакетные файлы). Программные модули функционируют на основе единой базы данных производственной модели судна.
Решение задач подготовки производства корпусных конструкций в системе «РИТМ-Судно» обеспечивается с помощью подсистем (модулей): ї одель, Спецификация, Параметризатор, Деталь, Оснастка и Раскрой.
Подсистема Модель решает комплекс задач по заданию судовых поверхностей и формированию конструктивно-технологической модели корпусных конструкций. Подсистема Спецификация обеспечивает ведение общей информации о проектах и заказах и формирование базы данных по спецификациям деталей судовых чертежей.
Подсистема Параметризатор предназначена для ведения базы данных элементов судовых конструкций трехмерной модели корпуса и на ее основе формирования листовых деталей и технологии их обработки. Основу модуля составляет проблемно-ориентированный язык, предназначенный для моделирования судовых геометрических построений, обеспечивающих описание элементов судовых конструкций, в том числе листовых деталей со всеми их конструктивно-технологическими параметрами.
Подсистема Деталь решает комплекс задач по интерактивному формированию базы данных листовых и профильных корпусных деталей, формированию и выпуску первичных технологических документов (маршрутно-технологические карты, технико-нормировочные карты, чертежи деталей и др.).
Подсистема Развертка обеспечивает развертывание неплоских деталей обшивки на плоскость с обеспечением их передачи в подсистему Деталь.
Подсистема Раскрой решает комплекс задач по раскрою листового и профильного материала с формированием базы данных карт раскроя.
Подсистема Оснастка обеспечивает проектирование и расчет данных для изготовления специальной технологической оснастки, включая: - расчет и выпуск данных для изготовления шаблонов и каркасов; - расчет данных для настройки сборочно-сварочных штатных и универсальных (коксовых) постелей; - формирование чертежей (эскизов) для разметки полотнищ под установку набора при сборке и контуровке секций и подсекций; - расчет данных для выполнения проверочных работ в сборочно-сварочном цехе и проверки положения корпуса на построечном месте. ь Основным преимуществом системы «Ритм-Судно» является то, что она в максимальной степени учитывает сложившиеся особенности отечественного судостроения. Однако, не смотря на это, в настоящее время система «Ритм-Судно» имеет весьма ограниченное применение в отечественном судостроении. Основная причина связана со сложностями сопровождения программного обеспечения, низким уровнем ее методического обеспечения, а главное невозможностью с ее помощью выполнять проектирование и подготовку производства строительства судов для инозаказчиков. В результате предприятия, которые имеют реальные объемы строительства, в настоящее время вынуждены использовать зарубежные CAD/САМ систем.
Как и система «Ритм-Судно» практически все CAD/САМ системы также имеют модульный принцип структурного построения программного обеспечения [20]. Обычно первая группа модулей решает задачи задания формы судовых обводов и осуществляет автоматическое выполнение всего комплекса расчетов, связанных с проектированием судна как плавсредства. При этом, если для проектирования судна в качестве исходных данных заданы только главные размерения и основные характеристики формообразования (параметры линии форштевня, ахтерштевня, линии мидель-шпангоута и т.п.), то в этом случае форма судовой поверхности генерируется как гладкая аналитическая поверхность, обеспечивающая возможность расчетного получения любого промежуточного сечения.
Для сгенерированной формы судовой поверхности следующие программные модули позволяют рассчитывать гидростатические характеристики, интерполяционные кривые остойчивости и предельные параметры затопления. Затем работают модули, выполняющие оценку разбивки судна на отсеки, расчет его вместимости, кренящих моментов при заполнении сыпучим грузом и т.п. и решающие весь комплекс других задач, связанных с разработкой проекта судна, включая автоматизированный выпуск необходимой конструкторской документации.
Далее, на основе полученных с помощью проектных модулей информации о корпусе судна вторая группа модулей CAD/САМ системы реализует задачи проектирования основных конструкций корпуса и формирования их электронных моделей в памяти ЭВМ. С их помощью выполняется формирование в базе данных системы набора стандартов верфи, включающих: каталог покупных профилей и листов, параметрические стандартные детали (кницы, заглушки, фланцы и т.п.); все возможные варианты применяемых в корпусных деталях вырезов как для прохода судового набора, так и для облегчения конструкций; способы оформления концов деталей из профильного проката; фаски, применяемые на заводе строителе и т.п. (рис. 1.8.).
Математическое обеспечение описания структурного построения электронной модели судна
На начальных этапах электронная модель судна представляла собой по содержанию некоторое подобие плазовой разбивки (рис. 2.3) для решения задач по определению формы деталей и плазовой оснастки путем имитации плазовых построений с помощью специальных языковых средств. В результате даже названия структурных элементов, которые в свою очередь представляли собой числовой файл, носили схожие с плазовой терминологией названия - линия шпангоута, линия паза, линия стыка наружной обшивки и т.п.
Современная электронная модель судна структурно состоит не из линий плазовой разбивки, а из структурных элементов корпуса судна, либо корпусной конструкции (рис. 2.4). При этом, для того, что бы с ее помощью можно было решать конкретные задачи технологического проектирования, часто геометрия данных деталей должна включать дополнительные данные о толщине и марке материала, ее способах связи с другими элементами конструкции (например, способах сварки), функциональных критериях (например, условий реализации сборки в конструкции), требований по обеспечению качества соединения в конструкции и т.п. Иначе говоря, помимо геометрии каждый структурный элемент модели должен нести весь комплекс информации, необходимы для выполнения дальнейшей технологической подготовки. Кроме того, весь набор информации должен находиться в строгом аналитическом пространстве. Это необходимо для того, чтобы изменение любого параметра автоматически порождало необходимость контроля и в случае необходимости порождения изменения всех связанных с данным параметром элементов модели. Для возможности реализации такого подхода в работе [57] было предложено математическое обеспечение описания моделей сложных объектов, которое в настоящее время вошло в ГОСТы по САПР.
Если применить данную методологию построения математического обеспечения для описания структуры и содержания математической модели судна, то тогда любой структурный элемент модели А на любом уровне абстрагирования с математической точки зрения будет иметь один и тот же прообраз А, адекватный реальному объекту. При этом А содержит лишь некоторую часть данных об А. Вторым важным понятием данного подхода является понятие - «контур». Оно является отражением таких понятий, как свойство, признак, характеристика, параметр и т. п. Абстрагирование при моделировании объекта будет осуществляется по двум направлениям - по глубине структурирования и по степени абстрагирования элементов и контуров объекта, а также отношений между ними. По глубине структурирования сложный объект А рассматривается либо как неструктурированный объект А, представляющий собой единое целое, либо как многоуровневая иерархическая система. По степени абстрагирования объект моделировался на структурном уровне методами теории множеств и теории графов), на логическом уровне (методами математической логики) и уровне количественных свойств и отношений. При таком подходе переход от одного к другому уровню может осуществляться регламентированным способом с помощью межуровневых отношений с указанием границ и условий перехода одних величин в Другие.
При математическом моделировании любого объекта требуется описать все структурные, качественные и функциональные связи сборочных элементов корпуса судна.
Структурные связи описывают отношения принадлежности сборочных элементов к определенным множествам отношениями иерархической подчиненности, а также отношениями инцидентности, смежности и порядка.
Причинно-следственные связи отражают последовательности изменения состояний сборочных элементов с учетом состояния других, не обязательно смежных с ними. На структурном уровне отношения порядка между элементами объекта задаются через описание условий, при которых выполняется это отношение. Так, множество А элементов объекта будет упорядоченным, если выполняются условия где Bj{ak) - набор элементов, при наличии которых возможно существование (ак) на данном месте в упорядоченном множестве A; Wj(a — набор элементов, при наличии которых существование а на данном месте невозможно; А — набор элементов, предшествующих а в упорядоченном множестве А
В уравнениях В(ак) и W(au) логические переменные щ = 1, если аі єАк и а,: = 0 - в противном случае. Аналогично описываются условия упорядоченности множества F(A) контуров сборочных элементов: \ на структурном уровне
Функциональные связи определяют взаимосвязь между элементами и свойствами сборочных элементов, обусловленную выполняемыми ими функциями. Все функции и свойства объекта описываются через понятие контура. На количественном уровне контур F-, характеризуется множеством параметров М/, имеющих определенные числовые величины.
На логическом уровне контур Ft представляется в виде логической переменной где Wj — поле рассеяния погрешностей параметра m,, aAj- поле допуска на погрешности параметра mt. Если Ft = 1, то говорят, что контур Ft реализован, или существует. Взаимосвязь контуров F(A) по условиям их существования на структурном уровне описывается матрицей вида На рисунке 2.4 приведен вариант математического структурирования плоской днищевой секции. В приведенном варианте:
Исследование алгоритма расчета кадра бокового смещения при формировании УП средствами модуля ESS
В начале проведения экспериментальных работ были вырезаны тестовые заготовки по две штуки из стали толщиной 10 и 20 мм. При этом для каждой толщины одна заготовка делалась с фаской «с лица», а другая с фаской «на выдру» (рис. 3. 9). Вырезанные заготовки были тщательно измерены с помощью специального штангельциркуля и сфотографированы. В процессе измерения учитывались погрешности, которые мог давать имеющийся грат. Для этого была разработана специальная схема геометрии кромки с гратом и элементами оплавления кромки по данным анализа вырезаемых деталей. В соответствии с данной схемой к размеру, измеренному с помощью штангенциркуля, добавлялось 0,6 мм для толщины заготовки 10 мм и 0, 4 мм для толщины 20 мм. Результаты измерения вырезанных тестовых заготовок показали, что все они имели погрешности в размерах (рис. 3.10 - 3.13). Для поиска причин их появления с помощью полученных распечаток управляющих программ (приведены в приложении V) была построена графическая схемы положения резака при обработке участка с фаской «на лицо» и фаской «на выдру» (рис. 3.14.). Анализ схемы показал, что в случае использования заложенных в программе Размер PI лежит в пределах допуска на погрешность ширины реза и профиля кромки реза. Это подтверждают и отклонения размера РЗ. (При расчете траектории движения центра резака величина эквидистантного смещения выбирается из таблицы, имеющейся в памяти ЭВМ. Фактическое же значение ширины реза зависит от параметров дуги и даже свойств металла, которые могут отличаться от теоретических значений).
Размер Р2 имеет отклонения по точке входа плазменного шнура в металл и не имеет отклонения по отработке угла фаски. Теоретическая точка входа плазменного шнура должна обеспечивать верхний размер равный 84 мм. За счет увеличения ширины реза он должен был быть еще меньше, а он получился равным 87. Следовательно траектория сместилась с погрешностью близкой к значению ширины реза (3 мм).
В случае правильной отработки угла установки резака для снятия фаски фактический нижний размер должен быть равен 104 мм (Так как угол фаски равен 40 , то размер по нижней поверхности получается больше на величину 10 tg40 2 = 8,5 2 = 17 мм и .следовательно, 87 мм + 17 мм = 104 мм). данных и правильной отработке плазматроном высоты резака ошибок не должно было быть. Поэтому причины их появления необходимо искать не в неправильной работе постпроцессора, рассчитывающего программу, а в средствах ее отработки.
На основе результатов измерений тестовых заготовок и анализа содержания управляющих программ для вырезки тестовых образцов (см. приложение 1.) были построены дополнительные графические схемы формирования ошибок. Их анализ позволил сделать вывод, что одной из причин возникновения брака является ошибка в реализации величины смещения резака для выхода на резку с фаской. Возможных причин формирования погрешности в отработке угла поворота резака тестовые примеры не выявили. Поэтому в качестве одной из причин было выдвинуто предположение о возможности накапливания погрешности, которая может формироваться за счет особенностей работы алгоритма округления и сброса накопленного угла в карте раскроя.
Для дополнительного исследования версии о возможной ошибке в программном обеспечении расчета величины смещения резака при выходе на фаску были рассчитаны управляющие программы вырезки тестовых деталей для толщин от 8 до 22 мм (см. приложение 1). Полученные в УП численные значения смещений в импульсах (0,1 мм) приведены в таблице 3.2. Результаты их анализа показали, что для варианта отработки фаски «с лица» значение величины смещения соответствует логике линейного увеличения с ростом толщины вырезаемой заготовки, что вполне понятно при постоянстве высоты резака над поверхностью металла (либо его незначительного увеличения с ростом толщины). Данный вывод позволил путем численного анализа построить схемы расчета величины кадра бокового смещения для выхода резака МТР на рез с фасками «с лица» и «с выдры». Их анализ показал, что алгоритмы формирования кадра смещения должен использовать в качестве исходных данных величину высоты плазмотрона над поверхностью листа (Л), значение эквидистанты (Э) -(половины ширины реза), толщину разрезаемого листа (t) и угол фаски а, откорректированный на величину развала кромки реза Ла . Используя полученные выводы были построены возможные схемы алгоритма формировании значения бокового смещения (рис. 3.15).
Численный анализ рассчитанных значений бокового смещения для толщин от 8 до 22 мм полностью подтверждал сформулированную логику формирования кадра бокового смещения, за исключением толщины 16 мм. Анализ исследований, приведенный в работах свидетельствовал, что значения эквидистанты и угла изменяются в соответствии с логикой, показанной на рис. 3. 16. Рассчитанная величина бокового смещения для тестовой заготовки толщиной 16 мм выпадала из данной логики.
С целью поиска причин были распечатаны таблица управляемых параметров программного модуля ESS (табл. 3.3). Ее анализ показал, что для толщины 16 мм расчет смещения производился относительно высоты плазматрона над поверхностью листа равной 6мм, а реальное значение оказалось 10 мм. Данное несоответствие было следствием технической ошибки поставщиков оборудования и недостаточного тестирования МТР в процессе сдачи ее заказчику (заводу). Поэтому было принято решения самостоятельно изменить данный параметр в таблице, без обращения к разработчикам постпроцессора ESS. После введения необходимых изменений и повторно расчета УП было достигнуто необходимое схождение логики.
Особенности методов информационного обеспечения технологий изготовления гнутых деталей из профильного проката, имеющиеся в программном обеспечении CAD/САМ систем
Затем, вырезанная и размеченная заготовка поступала на гибочное оборудование, где выполнялась ее последующая гибка до спрямления инверсных линий и вскрытие (в случае необходимости) размеченных вырезов с помощью ручного газорезательного инструмента. При этом разметка геометрии концов и вырезов выполнялась (в соответствии с нормативной технологией) вручную по «эскизам», подготовленным средствами CAD/САМ систем (см. рис. 4.4 и 4.6), Практически все CAD/САМ системы имеют в своем составе модули обеспечивающие расчет геометрии прямолиненой заготовки и данных для разметки инверсных линий для задания и контроля формы изгиба детали.
Исходными данными во всех случаях является электронная модель детали. Результатом является чертеж (рис.4.7), в котором имеются данные для возможности с их помощью ручной разметки прямолинейной заготовки, либо подготовки на их основе управляющих программ для нанесения данных линий с помощью автоматизированного маркировочного устройства.
В соответствии с методическими основами технологии задания и контроля формы гнутых деталей с помощью инверсных кривых в варианте, когда одна инверсная кривая не перекрывает все рабочее поле, программное обеспечение самостоятельно в автоматическом режиме определяет дополнительно еще одну, или более инверсных кривых, которые вместе перекрывают все рабочее поле (см. рис. 4.7.). При этом на результат определения их количества влияют имеющиеся в CAD/CAM системе, параметры настройки алгоритма, которые могут управляться пользователем. В качестве основных, используются (рис. 4.8):
В документации пользователя CAD/САМ систем никакой информации о принципах управления данными параметрами не имеется. Поэтому в работе в начале было исследовано влияние каждого из данных Параметров на результат проектирования инверсных линий и качество контроля с их помощью формы согнутой заготовки. Методической основой выполнения исследования был численный эксперимент. Для его реализации была подобрана специальная группа деталей в максимальной степени охватывающая все возможные варианты формы гнутых деталей судового набора. Анализ показал, что для выполнения подобного исследования целесообразно взять для него следующие виды гнутых деталей набора: 1. короткие (меньше 1 м) с незначительной погибью (стрелка менее 100 мм); 2. короткие (меньше 1 м) со значительной погибью (стрелка балее 200 мм); 3. длинные (более 3 м) с незначительной погибьюо (вариант в котором для контроля достаточно одной инверсной линии); 4. длинные (более 3 м) со значительной погибью (вариант в котором необходимо использование более одной инверсной линии); 5. длинные детали, имеющие прямолинейный конец с одной стороны. . Принцип исследования влияния параметров управления на результат работы модулей проектирования инверсных линий сводился к пошаговому изменению параметров управления алгоритмом и анализу полученного результата.
Высота границы рабочего поля в системе Трайбон управляется с помощью параметра BEND_DIST. В рамках проведения численного эксперимента его значение последовательно менялось от 10 до 50 мм. Анализ результатов тестовых расчетов показал следующие особенности работы алгоритма.
В варианте, когда высоты рабочего поля хватает, чтобы одна инверсная линия перекрыла все рабочее поле, инверсная линия строится от нижней границы рабочего поля (рис. 4.9, а). В случае, когда одна инверсная линия не умещается в рабочем поле, алгоритм строит последовательно вариант задания формы с начала с помощью 2-х, затем 3-х и так далее инверсных кривых (рис. 4.9, б). При этом определение положение инверсных кривых осуществляется относительно положения верхней границы рабочего поля и относительно нейтрального слоя профильной полосы. Такой подход имеет определенные преимущества по отношению к отечественному алгоритму, поскольку максимальный эффект метод контроля формы с помощью инверсных линий достигается в случае, когда тело линии расположено максимально близко к нейтральному слою. Именно в этой зоне полностью работает теория плоских сечений [4]. Такая особенность алгоритма позволила принять значение h равным 20 мм. Основанием в этом случае была только логика. Чем меньше значение h, тем большее количество деталей будет иметь для задания формы одну инверсную кривую, а это самый надежный вариант. Принять значение h = 0 нельзя, так как в варианте наличия у профильной заготовки собственной кривизны часть линии может не попасть на рабочее поле в процессе работы маркировочной головки. Значение же 20 мм, со слов рабочих-гибщиков, позволяет достаточно комфортно выполнять процесс управления гибкой деталей имеющих малую погибь.
Помимо высоты границы рабочего поля результаты численного эксперимента показали, что количество инверсных линий связано со значением величины перекроя, которая задается с помощью другого параметра управления - OVERLAP.
Значение параметра OVERLAP задается в составе исходных данных с помощью задания количества точек возврата. В режиме умолчания величина перекрытия в программном обеспечении заложена равной 1-й точке. Однако анализ работы [19] свидетельствует, что значение величины перекроя серьезно влияет на качество контроля формы согнутой заготовки.
Дело в том, что в случае отсутствия перекроя любой перегиб, или недогиб в зоне их сопряжения невозможно обнаружить путем контроля прямолинейности инверсных линий. В результате деталь может получать неуправляемую погрешность. В варианте наличия перекроя любой перегиб, или недогиб будет приводить к потере прямолинейности у инверсных линий, которую можно видеть как «на глаз», так и путем контроля прямолинейности с помощью натянутой нитки. Поэтому для обеспечения качественного контроля формы согнутых заготовок в работе было исследован алгоритм управления величиной перекроя в соответствии с рекомендациями работы [19]. В отечественном варианте в его основе лежала формула определения величины перекроя її для известных значений Li и L2 длин двух «спрямляемых кривых», выведенная профессором Веселковым В. В. в которой значение к определялось через отношение "длин «спрямляемых кривых» (к = Ьі/Ьг), а Дії задавала допустимую погрешность спрямления.
