Интеллектуальная система автоматизированного проектирования и производства: отделение ложных и истинных сведений механической обработки

Разработчики программного обеспечения обработки все дальше двигаются в направлении автоматизации механической обработки на основе базе знаний. Сегодня детали должны изготавливаться быстрее и дешевле, эти CAM-системы автоматизируют процесс механической обработки при сохранении контроля над ним.

Механическая обработка с элементами интеллекта встраиваются прямо в программу, CAM-системы со встроенной базой знаний увеличивают эффективность механической обработки, требуя меньшего количества времени программирования детали и производя более корректную NC-программу. Последние станки с числовым программным управлением уже автоматизированы, таким образом программирование должен быть также автоматизировано. Кроме того, механическая обработка, основанная на базе знаний, должна обеспечить расширенные возможности использовать более рентабельные методы на уровне производства, для того чтобы сократить время обработки детали за счет более эффективного использования инструментов и оборудования.

Если ваша компания рассматривает модернизацию механической обработки основанной на базе знаний, следующие рассуждения помогут в оценке применяемой вами CAD/CAM системы и других на рынке.

Базы знаний изменяют пределы САМ-системы

Механическая обработка, основанная на базе знаний, может быть включена в системы CAD/CAM на различных уровнях. Сравнивая простую CAM-систему и CAM-систему, основанную на базе знаний, по возможностям автоматизации предлагаемой механической обработки, вы можете увидеть полный диапазон возможностей, предоставленных управляемой базой знаний.

• CAM-системы на основе операций требуют, чтобы пользователь прошел многочисленные шаги по обработке каждой детали. Пользователь должен выбрать, какой тип операции использовать, затем выбирать границу механической обработки, стратегию обработки, вручную выбирать инструментальные средства, подачи и скорости, и множественные варианты механической обработки - типа шага между проходами и шага по Z. Эти многочисленные шаги должны быть повторятся для каждой операции, это отнимающий много времени процесс, при этом часто возникают ошибки. Эти системы предлагают очень мало средств по управлению базой знаний.

• CAM-системы на основе процесса пытаются уменьшить эти шаги, группируя операции в стандартных процессах. Здесь используется управление базой знаний, поскольку программа помнит используемые процессы и повторяет их для будущих операций. Однако, этот метод работает, только когда программируются те же самые процессы для однотипных деталей. Когда процесс применяется к различных типам деталей или деталей, сделанных из различных материалов, программист ЧПУ должен еще раз все проверить, что бы использовались правильные операции, правильные инструментальные средства, шаги, скорости и подачи были выбраны, потому что статический процесс механической обработки автоматически не приспосабливается к каждой детали.

• CAM-системы на основе элементов используют набор элементов обработки для описания законченной детали. Достоинство элементов обработки состоит в том, что они не только описывают форму, но предпочтительный метод обработки этого элемента на станке с ЧПУ. В базу знаний заложен предопределенный набор правил механической обработки, которые могут быть настроены пользователем. Расширенное управление базой знаний в этих системах упрощает производственный процесс, формируя самый высокий уровень методов механической обработки в CAM-системе. Элементы обработки содержат информацию и правила, описывающие, как и где удаление материала должно произойти, глубины резания, использовать ли сверление, черновую или получистовую обработки, и предпочтительные стратегии для черновой и финишной обработки. САМ-система оценивает геометрию детали и с учетом материала детали, автоматически выбирает самые соответствующие инструментальные средства и операции, рекомендует стратегии механической обработки, вычисляет подачи и скорости, автоматически генерирует NC-программу.

Фиксация лучших методов (правил) механической обработки.

Главный компонент управления базой знаний - возможность пользователя самому определить его собственный набор предпочтений механической обработки. Ищите CAM-систему с управляемой базой знаний предопределенных правил механической обработки, которая позволяет Вам изменять эти правила в соответствии с вашим собственным опытом. Этот набор правил на основе на материале заготовки, параметрах особенностей элементов и пользовательском предпочтении — используется для создания операций автоматически.

Рассмотрите предварительно запрограммированные правила как рекомендации разработчика CAM-системы, но не набора неизменных законов. Набор правил стандартной механической обработки корректируется уже на месте желательно наиболее простым для Вас способом, для того чтобы настроить программное обеспечение в соответствии с вашим опытом механической обработки.

Установка ваших собственных предпочтений механической обработки и правил в CAM-системе не только уменьшает время, которое требуется, чтобы сгенерировать NC-программы, это также упрощает составление NC-программ, потому что подход к механической обработке каждой детали предсказуем и непротиворечив. Операторы ЧПУ могут положиться на факт, что каждая NC-программа, созданная в такой системе, будет отработана предсказуемым способом независимо от квалификации технолога-программиста.

Технология на основе элементов дает вам больше возможностей по управлению базой знаний

Технология на основе элементов позволяет CAM-системе использовать самое большое количество возможностей сравнимое с интеллектуальной механической обработкой. Прежде всего, элементы определяют форму - размеры и формы карманов, канавок, бобышек, контуров, местоположения и типа отверстий, и так далее. Элементы также описывают более детальную информацию, например, имеют ли те фаски, скругленные кромки или грани.

Изменение элементов должно быть столь же простым как изменение одного или более размера элемента, при этом автоматически модифицируются все связанные с ним операции. Элементы дают Вам возможность рассматривать полную обработку детали на более высоком уровне. Когда механическая обработка, на основе базы знаний, объединена с механической обработкой на основе элементов, программирование ЧПУ становится фактически автоматическим.

Встраивание базы знаний в CAM-систему.

Механическая обработка, на основе базы знаний, объединенная с механической обработкой на основе элементов, обеспечивает более высокий уровень автоматизации, к тому же более гибкий, чтобы проектировать и изменять широкий диапазон изготавливаемых деталей. В математической модели детали уже заложена определенная информация, CAM-система использует эту информацию для создания элементов обработки и их взаиморасположения.

В хорошей CAM-системе нельзя автоматизировать только очень индивидуальные особенности детали. Автоматизация процессов механической обработки необходима и между всеми переходами обработки детали. Поскольку Вы создаете элементы, CAM-система создает процесс обработки по мере построения элементов. CAM-система, основанная на системном анализе, позволяет уменьшить количество замен инструмента, оптимизировать расстояние быстрых переходов, уменьшить количество используемых инструментальных средств.

Механическая обработка на основе базы знаний и элементов имеет много преимуществ:

• Значительно более короткое время программирования

• Изменение элементов детали не требуют перепрограммирования

• NC программа непротиворечива и предсказуема независимо от квалификации программиста составившего её

• Количество инструмента оптимизировано и уменьшены его замены

• Путь инструмента автоматически оптимизирован для высокоскоростной механической обработки

Один из лидеров механической обработки, основанной на применении базы знаний и пионеров в использовании механической обработки на основе элементов - FeatureCAM, Delcam США. Базы знаний встроены в каждый уровень FeatureCAM. Посмотрев на шаги программирования детали во FeatureCAMе, мы можем легко видеть различие между истинным интеллектуальным управлением базой знаний и другими методами.

Простой как 1, 2, 3

С FeatureCAM, процесс программирования детали уменьшен до трех простых шагов:

1. Постройте или импортируйте деталь

2. Идентифицируйте элементы

3. Запустите симуляцию обработки и запомните NC-программу.

Все сделано!

FeatureCAM автоматически выполняет следующее:

• Определяет все черновые и чистовые операции для изготовления детали

• Выбирает соответствующее число и размеры инструментов

• Вычисляет подачи и обороты шпинделя

• Определяет шаги и слои выборки по Z

• Генерирует переходы, погружение, и перемещения занижения

• Генерирует путь инструмента

• Создает NC-программу

Вся автоматизация произведена с использованием пользовательских настроек и предпочтений.

Сравните это с шагами, требуемыми традиционными CAM-системами на основе операций или CAM-системами на основе процесса:

CAM-системы на основе операций  CAM-системы на основе процесса
1. Импортировать или построить деталь
2. Выбрать черновую операцию
3. Определить границы черновой обработки
4. Выбрать тип черновой обработки
5. Выбрать инструмент для черновой обработки
6. Ввести значения подач и оборотов
7. Ввести значения шага между проходами и шага по Z
8. Выбрать чистовую операцию
9. Определить границы чистовой обработки
10. Выбрать тип чистовой обработки
11. Выбрать инструмент для чистовой обработки
12. Ввести значения шага между проходами и шага по Z
13. Ввести значения подач и оборотов
14. Запустить симуляцию обработки
15. Создать NC программу
1. Импортировать или построить деталь
2. Идентифицировать элементы детали
3. Выбрать процесс машинной обработки
4. Запустить симуляцию обработки
5. Создать NC программу
Все сделано? Нет.
Вы должны проанализировать и проверить:
• Корректны ли применяемые операции?
• Правильно ли подобраны размеры инструмента?
• Корректны ли подачи и обороты шпинделя?
• Корректны ли применяемые шаги между проходами и уровни Z?

При оценке CAM-системы, ищите программное обеспечение, которое можно легче приспособить к потребностям пользователей и предлагающее диапазон контроля от полной автоматизации до полного контроля над процессом механической обработки. Мощная и эффективная технология, основанная на базе знаний, позволяет Вам – пользователю – определять необходимую степень автоматизации.

Искусственный интеллект?

Хотя многие CAM-системы осуществили или осуществляет обработку на основе базы знаний, требуемый уровень автоматизации и требования клиентов все время возрастают. Система может потребовать высокой квалификации конечного пользователя, чтобы включить предпочитаемые пользователем правила и методы механической обработки. Некоторые могут требовать квалификации программиста на различных языках программирования для настройки баз данных и возможности их использования для конечного пользователя. Так как большинство заводов и фирм не имеет людей с такими навыками, они вынуждены нанимать внешних консультантов, чтобы настроить автоматизированные процессы механической обработки в соответствии с особенностями их производства за очень значительную сумму.
Когда базы знаний механической обработки уже встроены в CAM-систему, не возникает никакой потребности развивать ваши собственные процессы автоматизации. Структура, правила процесса, и базы данных уже существуют в программном обеспечении, поэтому единственная вещь, которую Вы должны сделать - настроить автоматизацию так, чтобы она соответствовала потребностям вашего производства.

Механическая обработка, основанная на базе знаний, должна включать:

• Предопределенные правила механической обработки, которые являются настраиваемыми по собственному предпочтению механической обработки пользователя
• Базу данных стандартных инструментов
• Базу данных предопределенных скоростей и подач
• Базу данных стандартных материалов

Действительно интеллектуальные CAM-системы не предъявляют:

• Никаких требований для пользователей для создания своих баз данных механической обработки
• Никаких библиотек статических процессов механической обработки или созданных динамически
• Никакого ручного программирования перед отправкой NC-программы на станок

Следующий уровень механической обработки основанной на базе знаний

Важный фактор механической обработки основанной на базе знаний сохранение информации, уже свойственной CAD-модели, и использования этой информации. Разработчики CAD и CAM-систем работают совместно для обеспечения самого высокого уровня интеграции между их продукцией. Более напряженная интеграция автоматизированного проектирования дает проблемы, вызванные передачей моделей из одной системы в другую.
Протоколы перевода подобно IGES и STEP просто передают геометрию детали, теряя особенности и сведения, уже определенные в твердой модели. Когда проектирование и NC программирование объединены, сведения проекта, содержавшиеся в твердой модели, будут “не потеряны в переводе. ” Например, несколько родных форматов файла автоматизированного проектирования могут быть открыты непосредственно в FeatureCAM. Они включают SolidEdge, SolidWorks, SolidWorks Сборки, AutoDesk Inventor, Pro/E , CATIA версия 4, и CATIA версия 5.

Автоматическое распознавание элементов

Одна революционная концепция - способность распознавать все элементы обработки непосредственно из CAD-модели. Поэтому ищите CAM-систему способную исследовать импортированные CAD-модели и идентифицировать их элементы автоматически. Что еще более важно, ищите систему, которая автоматически идентифицирует элементы правильно. Как только эти элементы распознаны, CAM-система может автоматически создать процесс для механической обработки всей детали и автоматически вывести NC-программу.

Когда все элементы обработки ассоциативны с твердой моделью, то при изменении CAD-модели достаточно импортировать уже измененную модель, чтобы автоматически модернизировать элементы обработки и произвести расчет новой NC-программы. Нет никакой потребности повторно перепрограммировать те элементы обработки, которые не изменились. Изменения деталей (проектов) неизбежны, так что хорошая САМ-система должна делать это настолько легко насколько это возможно.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РАСПОЗНАВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ обработки это извлечение информации, свойственной CAD-модели для генерации NC программы для станка с ЧПУ. Как только твердая модель импортирована во FeatureCAM, вы просто щелкаете кнопкой AFR(Распознавание), чтобы распознать все элементы обработки и автоматически создать все двухмерные и частично трехмерные элементы обработки детали и вывести NC программу.

Так как все элементы обработки полностью ассоциативны с первоначальной CAD-моделью, то импортируя измененную модель побуждает FeatureCAM сравнивать первоначальную (оригинальную) модель с пересмотренной. Список каждого элемента показывает наряду с тем, нов ли этот элемент, остался неизменным, изменен, или удален. FeatureCAM достаточно силен, чтобы оставить неизмененные элементы обработки в покое. Когда элементы обработки пересмотрены, изменения сделаны только для обработки измененных и новых элементов обработки детали и создана новая NC-программа для измененной детали.

Определенные пользователем элементы обработки

CAM-системы на основе элементов обеспечивают стандартный набор элементов обработки: отверстия, канавки, карманы, бобышки, контура, плоскости или поверхности. Чтобы далее улучшать автоматизацию и производительность механической обработки, компании должны искать CAM-систему, которая позволит им создавать их собственные наборы элементов с их специализированными процессами механической обработки.

Например, у многих компаний существует одно (несколько) или более сложное или необычное отверстие, которые они часто сверлят. Мало того, что компания может пожинать выгоды от добавления этих элементов отверстий к библиотеке стандартных элементов для более легкого выбора, они могут также связать методы обработки этих отверстий с этим элементом. Все размеры отверстия сложной конфигурации может быть включены в единственный удобный в работе элемент.
Определенный пользователем элемент может определить фактически любую 3-мерную поверхность наряду с ассоциативными параметрами механической обработки, чтобы в последующем эти элементы распознавались и обрабатывались. Определенный пользователем элемент обрабатываются быстрее и более последовательно в соответствии с их стратегией обработки.

CAM-системы завтра

Программное обеспечение CAM-систем продолжит развивать вглубь и ширину сведения механической обработки, свойственных программному обеспечению, пока процесс создания программ для станков с ЧПУ не станет полностью автоматическим. Это особенно актуально для продвинутых многофункциональных станков, которые требуют более гибкой комбинации операций механической обработки. Программное обеспечение CAM-систем продолжит автоматизировать все более процесс составления программ для станков с ЧПУ, включая все больше элементов которые могут быть обработаны быстрее и более точно компьютерами, при полном сохранении контроля со стороны пользователя.

Вы можете ознакомиться также со следующими статьями:

Введение в FeatureCAM

Описание модулей FeatureCAM

Автоматическое распознавание элементов в FeatureCAM

Что нового в FeatureCAM 2007

Для получения дополнительной информации о FeatureCAM посетите сайт http://www.featurecam.com/.