АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫМ ПРОЦЕССОМ ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА ШТАМПОВ

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫМ ПРОЦЕССОМ
ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА ШТАМПОВ
Глухова Л.В., Зоров К.В., преподаватели
Волжский университет им.В.Н.Татищева
Актуальность
темы
исследования
обосновывается
производственной
необходимостью совершенствования форм и методов применения современных
информационных технологий в производственной сфере экономических систем. Любое
предприятие является экономической системой. Опытно промышленное производство
(ОПП) ОАО «АвтоВАЗ» представляет собой производственную структуру, основная
миссия деятельности которой заключается в повышении уровня инновационных решений
в производственных процессах. Это возможно, в частности, за счет внедрения новых
технологий обработки данных производственных процессов, к которым относится и пакет
PowerShape. Этот пакет трехмерного моделирования, позволяющий разрабатывать
математические модели для расчета заготовок. Процессы листовой штамповки
реализуются на основе современных средств и методов разработки штампов.
Использование программных средств, выполняющих автоматизацию расчетов на
рынке программных продуктов, обусловлено высокой потребностью компаний
работающих в области листовой штамповки в программах такого типа и относительно
несложными алгоритмами их работы. Анализ имеющегося на рынке выбора программных
продуктов для решения задач этого направления, показал, что все системы расчета для
гибочных операций можно разбить 4 основных класса:
1.Надстройки к существующим пакетам, имеющим встроенный командный язык,
например, COPRA® MetalBender, ProficientCAD Programs. Недостаток: необходимо
наличие дополнительного ПО.
2. Самостоятельные пакеты, работающие с импортированной или собственной
геометрией, например, AutoPOL, XBEND, CatalCAD. Недостаток: сложность работы с
импортированной геометрией и отсутствие операций пошаговой развертки.
3.Пакеты с использованием FEM, например, AutoFORM, FASTBLANK. Недостаток:
невозможно выполнение пооперационной развертки
4.Специализированные модули CAD систем среднего и высокого уровня, например,
UG, Pro-E, Catia , Solid Work. Недостаток: сложность или невозможность работы с
импортированной геометрией.
На основе анализа пакетов программ для решения аналогичных задач,
представленных в настоящее время на рынке, была выбрана стратегия разработки
собственного ПО. В качестве основных конкурентов рассматриваются все пакеты для
расчета операций гибки, работающие с импортированной геометрией и набором функций,
необходимых для решения поставленной задачи. При разработке модуля должны быть
учтены недостатки рассмотренных в обзоре пакетов. В частности реализован алгоритм
пошаговой развертки и развертки отбортованных по криволинейному контуру фланцев. С
целью снижения времени расчетов необходимо внести алгоритм работы пакета внутрь
«PS». Обеспечить интуитивно понятный интерфейс модуля. Обеспечить связь с базой
данных материалов. Обеспечить возможность добавления в базу материалов параметров
пользователями.
Разрабатываемый модуль должен был обеспечивать работу с любой геометрией, как
разработанной в «POWER SHAPE», так и импортированной из любой другой системы;
проводить все необходимые технологические построения для гибочных операций без
использования другого специализированного программного обеспечения; иметь простой
интерфейс, понятный конечному пользователю, высокую скорость работы, возможность
анализа ряда технологических параметров В 2007 году автором статьи К.В. Зоровым было
разработано приложение для пакета «PowerShape», позволяющее выполнять расчет
заготовок и технологических переходов для операций гибки. Гибка - наиболее
распространенная операция листовой штамповки, в связи с чем, предполагается, что
автоматизация расчета технологических переходов будет наиболее востребована
пользователями «POWER SHAPE» работающих в данной области.
Программный продукт «Гибка» предназначен для автоматизации процесса гибки
поверхностей в пакете PowerSHAPE, используя OLE – интерфейс. При использовании
программы «Гибка» пользователь должен обладать базовыми навыками моделирования в
PowerSHAPE. В настоящее время модуль реализован в виде отдельного приложения к
пакету «PowerShape» и работает с использованием встроенного командного языка. Для
каждого гиба в программе задается набор параметров, определяющих данную операцию:
толщина материала – задается пользователем; тип геометрии изделия – внутренняя или
внешняя поверхность– задается пользователем; базовая поверхность – поверхность
относительно которой рассчитывается гибка – выбирается пользователем средствами
«PowerShape»; поверхность - радиус гиба - выбирается пользователем средствами
«PowerShape»; набор поверхностей для разворота – любая группа поверхностей, которую
необходимо отвернуть в плоскость базовой поверхности - выбирается пользователем
средствами «PowerShape»; таблица гибки – содержит коэффициенты, учитывающие сдвиг
нейтрального слоя при гибке – задана в виде базы данных, с возможностью
редактирования пользователем.
В качестве среды программирования для выполнения поставленных задач и
достижения целей, была выбрана среда Microsoft Visual Studio и язык программирования
C#. PowerShape выступает в роли базы для функционирования программы. В программе
реализована общая и контекстная справка (рис.1). Если необходимо вызвать общую
справку, то нажмите кнопку «Помощь». На экране появится окно справки с открытым
разделом «Введение». Чтобы вызвать контекстную справку, в заголовке окна нажмите
кнопку со знаком вопроса, а затем щелкните по тому элементу пользовательского
интерфейса, справку о котором необходимо получить. На экране появится окно справки с
тем открытым разделом, который описывает выбранный в контексте элемент интерфейса.
Рисунок1. Интерфейс программного модуля
Для выполнения расчетов необходимо задать параметры процесса. Определение
размеров плоских заготовок, подвергаемых гибке, основано на равенстве длины заготовки
длине нейтрального слоя изогнутой детали и сводится к определению положения длины
нейтрального слоя в зависимости от относительного радиуса изгиба – «R/S».
Длина плоской развертки (рис.2) по кривой определенного радиуса определяется по
формуле:
где K – коэффициент, определяющий положение нейтрального слоя, берется из
таблицы коэффициентов; K = F(R/S);
R – радиус закругления детали; S – толщина
- угол изогнутого участка.
Таким образом, необходимы следующие элементы:
1. Базовая поверхность. Поверхность, относительно которой будут развернуты
поверхность-радиус и поверхности для разворота.
2. Поверхность-радиус. Поверхность представляющая собой скругление двух
поверхностей.
3. Поверхности для разворота. Поверхности, которые должны быть развернуты
относительно базовой поверхности.
После ввода параметров расчета следует собственно расчет.
Рисунок 2. Параметры измерения
Запуск программы. Запуск программы можно осуществить посредством ярлыка в
меню «Пуск», или же из папки, куда была установлена программа.
При запуске программы происходит загрузка PowerSHAPE (если он не был
загружен ранее), а затем появляется окно программы.
Если связь программы с PowerSHAPE не установлена, то программа выдаст
соответствующее сообщение в строке состоянии
Выбор внешней (внутренней) поверхности (рис.3) осуществляется щелчком мыши.
Пусть необходимо выбрать расположение поверхности-радиуса относительно
нейтрального слоя. Выберите один из двух вариантов:
1. Внутренняя поверхность. Нейтральный слой расположен в направлении
увеличения значения радиуса.
2. Внешняя поверхность. Нейтральный слой расположен в направлении уменьшения
значения радиуса.
Рисунок 3. Режим выбора поверхности
Необходимо ввести толщину детали, т.е. расстояние от внутренней до внешней
поверхности. Поле для ввода толщины детали не может быть пустым. По умолчанию
значение толщины детали равно 1,5.
Для выбора базовой поверхности в группе «Элементы гибки» необходимо маркером
отметить «Базовая поверхность», а затем, перейдя в окно PowerSHAPE, выбрать
поверхность относительно которой будет происходить гибка (рис.4).
Рисунок 4. Выбор поверхности гибки
Во время выбора элемента гибки, в строке состояния отобразится информация о
текущем процессе После выбора базовой поверхности, надпись напротив маркера
окрасится в зеленый цвет. Если необходимо повторить выбор, выполните действия,
описанные в начале этого пункта.
Для выбора поверхности-радиуса в группе «Элементы гибки» необходимо
маркером отметить «Поверхность-радиус», а затем, перейдя в окно PowerSHAPE, выбрать
поверхность-радиус. Во время выбора элемента гибки, в строке состояния отобразится
информация о текущем процессе
После выбора поверхности-радиуса, надпись напротив маркера окрасится в зеленый
цвет (рис.5). Если необходимо повторить выбор, выполните действия, описанные в начале
этого пункта.
Чтобы выбрать поверхности для разворота в группе «Элементы гибки» необходимо
маркером отметить «Поверхности для разворота», при этом на экране появится сообщение
«Нажмите ОК после выбора элементов», а затем, перейдя в окно PowerSHAPE, выделить
те поверхности, которые должны развернуться относительно базовой поверхности.
После этого нажать на кнопку «ОК». Во время выбора элемента гибки, в строке
состояния отобразится информация о текущем процессе В отличие от выбора базовой
поверхности и поверхности-радиуса, где можно указать только одну поверхность в
PowerSHAPE, при выборе поверхностей для разворота в окне PowerSHAPE можно указать
множество элементов.
После того, как все элементы гибки выбраны, нажмите кнопку «Выполнить», чтобы
приступить к операции гибки. Если необходимо прервать операцию гибки нажмите
кнопку «Прервать» (на экране появится всплывающее сообщение, см. Всплывающие
сообщения) и, если необходимо вернуть предшествующее состояние модели
PowerSHAPE, нажмите кнопку «Откат» в окне PowerSHAPE. После того, как операция
гибки прервана, при нажатии кнопки «Выполнить» процесс начнется сначала (рис.6).
Рисунок 5. Подтверждение выбранных Рисунок 6. Управление процессом гибки
параметров
Таблица коэффициентов. Коэффициенты, определяющие положение нейтрального
слоя сведены в таблицу на вкладке «Таблица коэффициентов».
Так как коэффициенты, определяющие положение нейтрального слоя, зависят от
стандартов конкретного предприятия, то имеется возможность редактирования таблицы
коэффициентов (рис.7).
Рисунок 7. Таблица коэффициентов расчета
Сообщения строки состояния информируют пользователя о выполняемом или
выполненном действии программы.
Таким образом: пошаговый расчет операции гибки основан на процессе
реинжиниринга. Из готовой детали путем обратных математических преобразований,
реализованных программным путем, формируется исходная заготовка. Для наиболее
полного представления процесса реинжиниринга, была разработана функциональная
модель, в которой процесс гибки рассматривался с четырех сторон: входных и выходных
параметров, управления и контроля и исполнения. На вход системы поступает
математическая модель детали с сопроводительной документацией. Результатом
программного процесса является математическая модель плоской заготовки. Процесс
проектирования модели заготовки детали состоит из четырех блоков: блока считывания
параметров исходной модели, блока установки параметров для проектируемой модели,
блока автоматизированного проектирования и блока анализа и контроля правильности.
Особенностью проектного решения реализованного в программном продукте, является
наличие встроенной базы знаний (знания инженера-проектировщика по разработке
математических моделей-заготовок). Основными преимуществами разработанного
программного обеспечения для расчета операций гибки являются: работа с любой
геометрией, как импортированной, так и разработанной в пакете «PowerShape»;
выполнение
пошаговой
развертки;
использование
привычного
трехмерного
моделировщика для технологических расчетов и построений, без привлечения
дополнительного специализированного программного обеспечения.
5. Дальнейшее развитие пакета предполагает возможность расчета технологических
параметров – технологического усилия, периметра заготовки, работа с пополняемой базой
материалов, расчет операций отбортовки и других. В перспективе предполагается
встраивание наработанных алгоритмов в PowerShape с использованием собственной
среды разработки принадлежащей компании Delcam Plc. (Великобритания).
6. Программный продукт был продемонстрирован в Англии в DELCAM и для этого
переведен на английский язык.
7. Перспективы использования разработанного программного продукта «Гибка»
достаточно велики для всех предприятий, кого интересует процесс листовой штамповки и
работа на базе платформы DELCAM.
В настоящее время разработанный программный модуль используется в
производственном процессе. По результатам участия в конкурсе продуктов DELCAM
Зорову К.В. было присуждено второе место по стране. Результаты прикладного внедрения
информационных технологий используются авторами статьи в учебном процессе при
подготовке специалистов в области прикладной информатики в экономики и инженеровменеджеров по качеству.
Библиографический список
1. Глухова, Л.В. Автоматизированное управление процессами листовой штамповки
на примере операции гибки / Л.В. Глухова, К.В.Зоров // Материалы девятой
Всероссийской научно-технической конференции «Проектирование, контроль и
управление качеством продукции и образовательных услуг». Часть 2. – Москва-Тольятти:
ТГУ, 2006. – С. 8-14.
2. Зоров К.В. Разработка программного модуля управления процессами листовой
штамповки //Материалы научно-практической конференции ИКИП, 2008.
3. Хамфрис Х. Delcam.plc продолжает успешно развивать партнерские отношения с
университетами России и Украины // САПр и графика, М.: № 2, 2007.-С.56-59
4. Яремчук Е. На стажировку в Англию //Computerworld #02/2007
http://www.delcam.ru/public/cw_07.02_01.pdf