Пермский Государственный Технический Университет

Кафедра ²Микропроцессорные Средства Автоматизации²

Автоматизированная подготовка производства на базе современных CAD/CAM/CAE/PDMсистем.

Выполнил: ст. гр. АТПП-07

Новиков А.В.

Проверил: доц. каф. МСА

Петроченков А.Б.

Интегрированные автоматизированные системы управления

В концепции КИП роль интегрированной автоматизированной системы управления (ИАСУ) стала еще более значительной. На ИАСУ были возложены не только функции автоматизации процессов проектирования и производства изделий, но и совершенно новые задачи, связанные с обеспечением информационной интеграции процессов. Эта интеграция должна была осуществляться за счет совместного использования одной и той же информации (в электронном виде) для решения разных задач.

В составе ИАСУ было принято выделять автоматизированную систему управления (АСУ) предприятием (АСУП), АСУ конструкторско-технологической подготовки производства (АСКТПП), АСУ гибкими производственными участками (АСУ ГАУ), АСУ транспортно-складской системой (АСУ АТСС), АСУ инструментального обеспечения (АСИО), а также АСУ научными исследований (АСНИ).

Практика показала, что из всех задач ИАСУ наиболее типизируемыми оказались задачи автоматизации проектирования и подготовки производства, а также задачи уровня управления предприятием (АСУП). В конце 80-х - начале 90-х годов, на рынке появились самостоятельные программно-технические решения, пригодные для использования на предприятиях с различным уровнем автоматизации, в том числе и вне КИП в его классическом понимании. Возникли новые устойчивые понятия: CAD/CAM/CAE и MRP (MRP II).

Первое понятие - CAD (Computer Aided Design)/ CAM (Computer Aided Manufacturing) /CAE (Computer Aided Engineering) - обозначало комплекс программных средств компьютерного проектирования, подготовки производства и инженерных расчетов. Второе - MRP (Materials Requirement Planning - планирование потребностей в материалах), а позднее MRP II (Manufacturing Resource Planning - управление производственными ресурсами) - стало общепринятым обозначением комплекса задач управления финансово-хозяйственной деятельностью предприятия: планирования производства, материально-технического снабжения, управления финансовыми ресурсами, и других.

Появились первые стандарты и спецификации, определяющие функциональные требования к этим системам.

В начале 90-х, консалтинговой фирмой Gartner Group (США) была предложена концепция ERP (Enterprise Resource Planning - управление ресурсами предприятия). Сегодня термины MRPII и ERP практически полностью вытеснили термин АСУП и стали привычным для специалистов обозначением класса интегрированных информационных систем, предназначенных для управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия.

В соответствии с системы класса MRP должны выполнять следующие функции:

· управления финансовыми ресурсами (Financial Management);

· управления персоналом (Human Resources);

· ведения портфеля заказов (Customer Orders);

· управления запасами (Inventory Management);

· управления складами (Warehouse Management);

· управления закупками (Purchasing);

· управления продажами (Sales);

· управления сервисным обслуживанием (Service);

· прогнозирования объема реализации и продаж (Forecasting);

· объемного планирования (Master Production Scheduling);

· расчета потребностей в материалах (Materials Requirement Planning);

· оперативно-производственного планирования (Finite Scheduling);

· оперативного управления производством (Production Activity Control);

· управление техническим обслуживанием оборудования (Equipment Maintenance);

· расчета себестоимости продукции и затрат (Cost Accounting);

· управление транспортировкой готовой продукции (Transportation).

Подробное описание задач, выполняемых каждой подсистемой, приведено в литературе.

Характерными примерами современных ERP являются системы R/3 (SAP), BAAN IV (BAAN), Oracle Applications (Oracle Corporation), MFG/PRO (QAD), People Soft (People Soft Inc), OneWorld (J.D.Edwards), BPCS (System Software Associates, Syteline (Symix Systems) и другие. Следует упомянуть целый ряд интегрированных информационных систем, приближающихся по функциональности к ERP, представленных на рынке российскими компаниями: "БОСС" (компания АйТи), "Парус" ("Корпорация Парус"), "Галактика" ("Корпорация Галактика") и др.

Концепция КИП явилась важным этапом развития промышленных информационных технологий. На этой стадии развития возник и был частично апробирован целый ряд фундаментальных идей, принципов и технологий:

1. Сформировался класс систем автоматизации инженерного труда в процессах разработки изделия и подготовки производства. На первых этапах это были задачи автоматизации создания традиционной (бумажной) конструкторской документации. При помощи автоматизированных систем проектирования (CAD) создавался электронный чертеж - плоская геометрическая модель изделия. Впоследствии началось использование поверхностных и твердотельных объемных моделей компонентов изделия. Необходимость обеспечения совместимости таких геометрических моделей, разрабатываемых при помощи различных программных систем, явилась толчком к стандартизации форматов данных.

2. На основе конструкторских геометрических моделей изделия при помощи автоматизированных систем технологической подготовки производства (CAM) разрабатывались программы для станков с ЧПУ. Обмен геометрическими данными в электронном виде между CAD и CAM системами явился одним из первых реальных примеров информационной интеграции процессов.

3. Возникновение систем класса MRP II, обладающих определенным набором функций и взаимосвязей между функциями, создало основу для формирования некого функционального стандарта, регламентирующего общепринятую управленческую технологию, реализуемую с использованием компьютерных систем. Характерной чертой этой технологии явилось совместное использование общих баз данных в интересах различных процессов.

4. В КИП впервые не только решались задачи автоматизации отдельных производственных процессов, но и начали частично реализоваться принципы информационной интеграции.

Зачем нужна автоматизированная система технологической подготовки производства?

Жесткая конкуренция на рынке машиностроительной продукции предопределяет необходимость постоянного совершенствования и развития производства любого предприятия, являющегося участником рынка. В настоящее время одним из перспективных направлений обеспечения конкурентоспособности предприятия является повышение эффективности технологической подготовки производства (ТПП) выпускаемых изделий. Целью ТПП является оптимальное по срокам и ресурсам обеспечение технологической готовности производства к изготовлению изделий в соответствии с требованиями заказчика или рынка данного класса изделий.

Необходимость повышения эффективности ТПП изделий объясняется увеличением номенклатуры выпускаемой продукции во всех типах производств и высокой скоростью ее обновления. В первую очередь это характерно для единичного и мелкосерийного типов производств.

К ТПП изделия относятся следующие мероприятия:

· обеспечение технологичности конструкции изделия;

· планирование и управление процессом ТПП изделия;

· разработка маршрутов изготовления изделий;

· проектирование технологических процессов;

· проектирование оснастки и инструмента;

· разработка ЧПУ-программ;

· нормирование изготовления изделия;

· выпуск технологической документации;

· расчет производственных мощностей.

Необходимость повышения эффективности ТПП объясняется еще и тем, что проектирование технологической документации в большинстве случаев значительно (от двух до пяти раз) превосходит трудоемкость разработки конструкторской документации. Ощутимое повышение эффективности ТПП по сравнению с ее существующим уровнем возможно только при выполнении следующих условий:

· наличие единого информационного пространства для специалистов конструкторской и технологической служб предприятия;

· повышение скорости разработки и обоснованности планов ТПП, непрерывный контроль их выполнения;

Перечисленные условия реализуются в автоматизированной системе технологической подготовки производства (АСТПП). АСТПП представляет собой аппаратно–программную систему, однако ее аппаратная и программная части не являются равноценными. Ядром АСТПП любого предприятия является программное обеспечение этой системы. В первую очередь именно оно обеспечивает выполнение данных условий. Отмеченное обстоятельство объясняется тем, что в программном обеспечении “консервируются” знания наиболее опытных специалистов и ученых в области технологии машиностроения. В первую очередь использование таких знаний и обеспечивает требуемое повышение эффективности ТПП.

Глоссарий терминов

Computer Aided Manufacturing (CAM). Системы автоматизированной подготовки производства. В действительности таковой не является, общий термин для обозначения программных систем подготовки информации для станков с числовым программным управлением. Традиционно исходными данными для таких систем были геометрические модели деталей, получаемые из систем CAD. Терминологически произошло смешение понятий с САМ Computer Aided Machining (система автоматизации изготовления) .

CAD-системы (сomputer-aided design – компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.

CAM-системы (computer-aided manufacturing – компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

САЕ-системы (computer-aided engineering – поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.

Общая классификация CAD/CAM/CAE-систем

За почти 30-летний период существования CAD/CAM/CAE-систем сложилась их общепринятая международная классификация:

– чертежно-ориентированные системы, которые появились первыми в 70-е гг. (и успешно применяются в некоторых случаях до сих пор);

– системы, позволяющие создавать трехмерную электронную модель объекта, которая дает возможность решения задач его моделирования вплоть до момента изготовления;

– системы, поддерживающие концепцию полного электронного описания объекта (EPD, Electronic Product Definition). EPD – это технология, которая обеспечивает разработку и поддержку электронной информационной модели на протяжении всего жизненного цикла изделия, включая маркетинг, концептуальное и рабочее проектирование, технологическую подготовку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию. Вследствие разработки EPD-концепции и появились основания для превращения автономных CAD-, CAM- и CAE-систем в интегрированные CAD/CAM/CAE-системы.

Традиционно существует также деление CAD/CAM/CAE-систем на системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Следует отметить, что это деление является достаточно условным, т.к. сейчас наблюдается тенденция приближения систем среднего уровня (по различным параметрам) к системам верхнего уровня, а системы нижнего уровня все чаще перестают быть просто двумерными чертежно-ориентированными и становятся трехмерными.

В настоящее время на рынке широко используются два типа твердотельного геометрических ядра – Parasolid от фирмы Unigraphics Solutions и ACIS от Spatial Technology.

Российские САПР

КОМПАС 3D (АСКОН)

T-FLEX CAD 3D (Топ Системы) – Parasolid

САПР «Сударушка» - CAD/CAM/CAE система. Является развитием системы ГЕМОС (геометрическое моделирование обводов самолета), разработанной специалистами Российской авиационной промышленности в ОКБ им. А. С. Яковлева в 1989-1994 годах.

ADEM (Россия, Израиль, Геомания) - САПР для конструкторско-технологической подготовки и станков с ЧПУ. Основным продуктом является интегрированная CAD/CAM/CAPP система ADEM VX. Название расшифровывается как "автоматизированное проектирование, расчет и изготовление" (Automated Design, Engineering, Manufacturing); adem.ru. – ACIS

WinELSO 7 – предназначена для автоматизации работ при проектировании электроснабжения объектов на все напряжения 3-фазного, 1-фазного переменного и постоянного токов (Русская Промышленная Компания – авторизованный разработчик приложений под продукты Autodesk (Autodesk Developer Network)); winelso.ru.

Эксперт-СКС (Эксперт-Софт, Москва) - САПР для автоматизации на всех этапах проектирования структурированных кабельных систем, ВОЛС, ЛВС, линейных и магистральных сетей; expertsoft.ru.

Также существуют бесплатные САПР с открытыми исходным кодом.

САПР не российских производителей

Dassault Systèmes , Франция:

– CATIA - САПР для аэрокосмической промышленности;

– SolidWorks – универсальная САПР для машиностроения, Parasolid.

MathCAD (Mathsoft, сейчас – Parametric Technology Corp.) - математическое моделирование.

P-CAD (Altium, Сидней, Австралия) - САПР для проектирования электронных устройств.

Pro/Engineer (Parametric Technology Corp.) - универсальная САПР для машиностроения. Parasolid

SolidEdge (UGS – Siemens PLM Software) - 2D/3D CAD-система.

Autodesk Inc. :

– AutoCAD - самая распространённая САПР не российского производства. – – Autodesk Inventor - система трехмерного твердотельного проектирования для разработки сложных машиностроительных изделий – ACIS

Примерная стоимость систем, руб

Разделение на уровни условно, в основном зависит от функциональных возможностей и, следовательно, определяется ценой за рабочее место.

Системы низкого уровня к САПР никакого отношения не имеют. Это графические редакторы, предназначенные для автоматизации инженерно-графических работ, совместно с компьютером и монитором представляют собой "электронный кульман", то есть хороший инструмент для выполнения конструкторской документации. Эти системы называют двухмерными.

Общее название систем первого и второго уровней – трехмерные системы. Проектирование происходит на уровне твердотельных моделей с привлечением мощных конструкторско-технологических библиотек, с использованием современного математического аппарата для проведения необходимых расчетов. Эти системы позволяют с помощью средств анимации имитировать перемещение в пространстве рабочих органов изделия (например, манипуляторов роботов). Они отслеживают траекторию движения инструмента при разработке и контроле технологического процесса изготовления спроектированного изделия. Такие системы называются САПР/АСТПП (Системы Автоматизированного Проектирования/ Автоматизированные Системы Технологической Подготовки Производства), иначе говоря – сквозные САПР (CAD/CAM/CAE).

Системы CAD/CAM/CAE позволяют в масштабе целого предприятия логически связывать всю информацию об изделии, обеспечивать быструю обработку и доступ к ней пользователей, работающих в разнородных системах.

Создаваемая системой модель основана на интеграции данных и представляет собой полное электронное описание изделия, где присутствуют конструкторская, технологическая, производственная и др. базы данных по изделию. Это обеспечивает значительное улучшение качества, снижение себестоимости и сокращение сроков выпуска изделия на рынок.

Для проектирования систем электроснабжения (СЭ) возможно применение САПР из других отраслей производства, но специфические особенности систем электроснабжения как сложных технических систем требуют несколько другого подхода в проектировании.

Существующие системы проектирования СЭ, использующие вычислительную технику, ориентированы в основном на автоматизацию отдельных процедур или этапов процесса проектирования. Опыт показывает, что проще и эффективнее обучить специалистов по электроснабжению одной новой дисциплине – аппаратным и программным средствам вычислительной техники и САПР, чем специалистам-разработчикам САПР и программного обеспечения овладеть многими электротехническими дисциплинами, которые даются инженерам-электромеханикам. При изучении дисциплины "САПР электроснабжения" подразумевается знание курсов электротехнических дисциплин, а также умение работать с ЭВМ на уровне пользователя.

Применение CAD/CAM систем в стоматологии позволяет осуществить проектирование и изготовление зубопротезных ортопедических конструкций с помощью компьютера.

CAD сокращенно от Computer-Aided Design,- проектирование с применением компьютера, используется вместо чертежной доски и позволяет создать 3D модель зубных протезов.

К преимуществам такого проектирования можно отнести следующее:

• модель, спроектированную на компьютере можно рассмотреть под различными углами и изучить ее проекцию в определенном освещении;
• могут быть заменены не только отдельные детали чертежа, но и спроектирована вся модель заново;
• готовый проект может быть превращен в инструкцию, которая будет передана дальше машинам для сознания ими этой детали.

Существуют ультрасовременные системы, которые создают 3D-модели, учитывая структурные свойства материалов.

CAM или Computer-Aided Manufacture обозначает изготовление ортопедической конструкции компьютером в соответствии с ранее спроектированной 3D-моделью.

Возможности и виды Кад/Кам систем

Изготовление дентального моста на станке

CAD CAM системы позволяют изготовить:

• и различной протяженности;
• для ;
• провизорные коронки.

Существует 2 разновидности CAD CAM систем:

• закрытые системы, работающие с конкретным расходным материалом, выпускаемым обычно одной фирмой;
• открытые системы, работающие с различными расходными материалами разных компаний-производителей.

Этапы протезирования с помощью CAD CAM систем

Протезирование с использованием CAD CAM систем происходит следующим образом:

1. Стоматолог подготавливает один или несколько зубов. Затем сканирует 3D камерой зубы и прикус, в результате чего получают оптическую модель. Также можно просканировать обычные слепки.
2. Далее полученное изображение обрабатывают специальной программой, которая рисует 3D модель восстанавливаемых зубов. Она сама подбирает форму будущей реставрации с учетом остальных зубов, но доктор может поправить предлагаемую конструкцию движением компьютерной мышки. Количество времени для создания 3D модели зависит от мастерства специалиста и от сложности клинического случая. На этого может уйти от нескольких минут до получаса и даже больше.
3. Когда моделирование будет завершено, файл с конструкцией изготавливаемой детали передается в блок управления фрезерной машины. И здесь из куска цельного материала выпиливается 3D-модель детали, которая ранее была смоделирована компьютером. По времени это занимает около 10 минут. Чтобы конструкция выглядела более естественной, ее могут покрыть полупрозрачной и светоотражающей керамикой.
4. Когда в качестве материала используют , то далее изготовленную конструкцию помещают в печь для спекания, в результате она приобретает окончательный оттенок, размер и прочность.
5. После обжига и затвердевания материала деталь шлифуют и полируют. Далее можно установить изделие на подготовленный зуб.

Преимущества и недостатки компьютерного протезирования

К плюсам использования CAD CAM можно отнести следующее:

К минусам можно отнести следующее:

• не любое протезирование можно выполнить с использованием CAD CAM систем, возможно ли ее применение в каждом конкретном случае должен решать стоматолог;
• некоторые реставрации могут выглядеть непрозрачными и неестественными;
• высокая стоимость.

CAD CAM система позволяет изготовить коронки и мосты в максимально короткие сроки. Поэтому, тем, кто мечтает иметь красивые и здоровые зубы, но не хочет посещать стоматолога раз за разом, стоит обратиться в клинику, где применяют такие технологии.

Системы CAD представляют собой , которые используются для выполнения разнообразных проектных процедур с задействованием компьютерной техники. Также при помощи такого программного обеспечения создается технологическая и на отдельные здания, изделия или сооружения. Современные системы CAD используются в самых разнообразных сферах деятельности современного человека, и практически для каждой есть свой уникальный тип таких утилит.

Что это такое?

Зачастую аббревиатуру CAD принято считать стандартным англоязычным аналогом термина САПР, но на самом деле это не совсем так. Системы CAD нельзя рассматривать как полноценный аналог САПР в качестве организационно-технической системы, так как ГОСТ приводит данное словосочетание в виде стандартизированного англоязычного эквивалента термина «автоматизированное проектирование». Таким образом, на английский язык термин САПР переводится больше как CAE system, но в ряде зарубежных источников указывается, что термин САЕ представляет собой обобщенное понятие, в которое входит применение любых компьютерных технологий в инженерной работе, включая также CAM и CAD.

Зачем это нужно?

Системы CAD используются в основном для того, чтобы максимизировать эффективность и производительность работы инженеров за счет полной автоматизации проектирования и дальнейшей подготовки производства. Таким образом, за счет их применения достигаются следующие преимущества:

• существенно сокращается срок проектирования;
• сокращается количество труда, необходимого для планировки и проектирования;
• существенно снижается общая себестоимость изготовления и проектирования, что напрямую сказывается на эксплуатационных затратах;
• увеличение технико-экономического уровня, а также качества результатов проведенных проектных работ;
• сокращение затрат, необходимых для испытания и натурного моделирования.

В качестве входных данных современные CAD-системы используют различные технические знания экспертов, которые занимаются уточнением результатов, введением различных проектных требований, проверкой полученной конструкции, ее изменением и множеством других вещей.

Реализация системы автоматизированного проектирования осуществляется в качестве комплекса прикладных утилит, с помощью которых обеспечивается проектирование, а также дальнейшее черчение и трехмерное моделирование конструкций или же объемных и плоских деталей.

В преимущественном большинстве случаев CAD-системы включают в себя модули моделирования трехмерных конструкций, а также оформления чертежей и различной конструкторской текстовой документации.

Классифицируются же они в основном по нескольким параметрам:

• разновидность и тип рассматриваемого объекта;
• уровень автоматизации процедуры проектирования;
• сложность создаваемого объекта;
• комплексность процесса автоматизации;
• количество используемых документов;
• характер используемых документов;
• общее количество уровней, которые будут присутствовать в структуре технического обеспечения.

Целевое назначение

В зависимости от того, какие реализуются задачи CAD-систем, они разделяются на несколько групп:

• Автоматизация трехмерного или двухмерного геометрического проектирования, а также создания различной технологической или конструкторской документации.
• Проектирование и дальнейшее создание чертежей.
• Ведение геометрического моделирования.
• Автоматизация различных инженерных расчетов, проведение динамического моделирования, а также анализа и симуляции физических процессов с последующей проверкой и оптимизацией изделий.
• Подкласс средств САЕ, использующихся для компьютерного анализа.
• Средства, предназначенные для технологической подготовки производственного процесса различных изделий, что позволяет обеспечить автоматизацию процедуры программирования и дальнейшего управления оборудованием с ГАПС или ЧПУ.
• Средства, предназначенные для автоматизации процессов планировки различных технологических процессов, используемые на стыке систем CAM и CAD.

Большинство систем автоматизированного проектирования могут совместить в себе решение различных задач, которые относятся к разным аспектам проектирования - это комплексная или интегрированная система автоматизированного проектирования (CAD).

Общепринятая международная классификация

Современная классификация распределяет их на несколько категорий:

• чертежно-ориентированные системы, которые впервые появились в семидесятые года прошлого века, но до сих пор могут использоваться в некоторых ситуациях;
• системы, создающие трехмерные электронные модели объектов, за счет чего появляется возможность решения различных задач, связанных с моделированием вплоть до процедуры производства;
• системы, с помощью которых поддерживается концепция полного электронного описания объекта.

Последний тип представляет собой технологию, обеспечивающую разработку и последующую поддержку информационной электронной модели на протяжении всего ее жизненного цикла, включая концептуальное и рабочее проектирование, полноценный маркетинг, производство, технологическую подготовку, эксплуатацию, а также утилизацию и ремонт.

В современной технической и учебной литературе, а также различных государственных стандартах аббревиатура САПР трактуется как «Система автоматизированного проектирования», но при этом наиболее точно здесь соответствует понятие «Система автоматизации проектных работ», но оно является более тяжелым для восприятия, поэтому встречается на порядок реже. Нередко случается так, что, проводя проектирование в системах CAD, можно заметить некорректное толкование «Система автоматического проектирования», хотя на самом деле это по своей сути ошибочно. Не стоит забывать о том, что понятие «автоматический» предусматривает полностью самостоятельную работу системы без необходимости в каком-либо участии человека, в то время как САПР все-таки требует исполнения некоторых задач самим человеком, а полная автоматика относится только к отдельным процедурам и операциям.

Не совсем верным является также такое понятие, как «Программное средство автоматизированного проектирования», так как его можно назвать слишком узконаправленным. Конечно, на данный момент САПР рассматривается исключительно в качестве прикладного программного обеспечения, необходимого для проведения проектной деятельности, однако на самом деле в отечественной литературе и различных государственных стандартах САПР рассматривается как более объемное понятие, в которое входят не только программные инструменты.

САПР в стоматологии

Преимущественное большинство современных стоматологических клиник использует CAD. CAD-системы в стоматологии применяются для производства высококачественных зубных протезов, уже более чем десять лет используются для изготовления абатментов для имплантов, коронок и всевозможных протезов, причем все эти изделия отличаются отменным качеством и высокой точностью. Суть данной технологии заключается в том, что изначально проводится трехмерное моделирование создаваемой конструкции на компьютере, и только потом уже, используя проектную модель, осуществляют изготовление на фрезерном блоке.

Таким образом, стоматологи получают массу преимуществ за счет применения в своей работе технологии CAD. CAD-системы в стоматологии применяются чаще всего следующим образом:

• сначала врач проводит снятие слепка, который потом отправляется в лабораторию;
• после доставки слепок помещают в специализированный сканер, создающий модель будущего изделия;
• в дело вступает CAD-система: 3D-модель превращается в специализированный файл, который будет служить источником данных для фрезерного блока;
• используя полученный файл, на фрезерном блоке осуществляют производство каркаса из специальной заготовки, сделанной из оксида циркония;
• в конечном итоге получившийся каркас тщательно покрывается керамической массой и запекается.

CAD/CAM-системы в стоматологии позволяют изготавливать коронки из диоксида циркония, которые отличаются от металлосодержащих изделий массой преимуществ. Сами по себе эти изделия практически не имеют никаких отличий по цвету от естественных зубов, так как выбор оттенка осуществляется еще в процессе производства каркаса. Далее каркас тщательно покрывается особой керамической массой, имеющей полупрозрачную и светопроницаемую структуру, а также включает в свою палитру достаточно широкий спектр цветов, благодаря чему получается изготавливать коронки, похожие на естественные зубы.

Сам по себе отличается высокой биосовместимостью, даже если сравнивать его с драгоценными металлами, и представляет собой гиппоаллергенный материал, что подтверждено в процессе проведения целого ряда научных клинических исследований. Однако на самом деле коронки, основанные на каркасе из оксида циркония, являются далеко не единственным видом изделий, для изготовления которых используются CAD/CAM-системы. ЧПУ-станок на основе таких технологий позволяет изготавливать:

• различные мостовидные протезы;
• индивидуальные абатменты.

Помимо уже указанного диоксида циркония, в процессе изготовления могут применяться самые разнообразные материалы, включая пластмассу, воск, кобальт и титан, хром.

В чем преимущества?

Данные технологии обеспечивают такие преимущества, как:

• максимально возможная точность изготовления с незначительными отклонениями;
• полная автоматизация процессов производства, которая практически полностью исключает вероятность появления ошибок;
• возможность использования целого ряда материалов;
• возможность проведения процедур моделирования и производства изделий в разных местах;
• предельная производительность любых проводимых процессов.

САПР в машиностроении

CAD-система (T-FLEX CAD и другие) нашла достаточно широкое распространение в области машиностроения, которое различается на три уровня - нижний, средний и верхний. Такое разделение появилось на рубеже восьмидесятых-девяностых годов прошлого века.

Нижний уровень включает в себя CAD/CAM/CAE-системы с небольшой стоимостью, которые в основном ориентируются на 2D-графику, то есть направлены в основном на обеспечение автоматизации чертежных работ. В качестве легких САПР использовались персональные ЭВМ, которые уже на тот момент существенно уступали по функционалу полноценным рабочим станциям.

Системы верхнего уровня, или, как их еще принято называть, тяжелые САПР, разрабатывались для того, чтобы использоваться на всевозможных мейнфреймах или рабочих станциях. Такие системы оказались гораздо более универсальными, но в то же время имели и довольно высокую стоимость, ориентируясь в основном на поверхностное и твердотельное моделирование. Оформление разнообразной чертежной документации в них зачастую проводится посредством предварительной разработки специальных геометрических трехмерных моделей. После этого системы, в которых функция 3D-моделирования ограничивалась исключительно твердотельными моделями, то есть занимающие промежуточное положение между тяжелыми и легкими, получили собственный, средний уровень.

На сегодняшний день развитие САПР уже привело к тому, что в большинстве систем среднего уровня начали появляться специальные средства поверхностного моделирования, а функции, доступные для использования в персональных ЭВМ, стали также приемлемыми и для современных систем верхнего уровня. За счет этого изменились даже те принципы, по которым раньше осуществлялось различие средних и тяжелых систем. Современные CAD-системы тяжелого уровня теперь принято называть CAE/CAD/CAM/PDM, то есть такими, которые одновременно включают в себя такие возможности, как:

• технологическое и конструкторское проектирование;
• инженерный анализ;
• управление проектной информацией;
• расширенный состав специальных программных модулей.

В отличие от них, современные системы среднего уровня принято называть mainstream, mid-range или просто серийными.

Системы одного уровня можно назвать по функциональным возможностям примерно равноценными, так как какие-то новые достижения, появляющиеся в определенном программно-методическом комплексе, уже в ближайшее время будут реализованы в новых версиях других. В САПР крупных компаний достаточно часто принято комбинировать одновременно несколько систем разных уровней. Зачастую это связано с тем, что практически все процедуры конструирования могут проводиться на CAD-системах среднего и нижнего уровней, а помимо этого, тяжелые являются слишком дорогостоящими. Именно по этой причине предприятия покупают лицензии программ верхнего уровня в довольно ограниченном количестве, а преимущественное большинство современных клиентских баз обеспечивается за счет нижнего и среднего уровней.

При этом достаточно часто случается так, что CAD/CAE-системы могут иметь определенные проблемы в плане обмена информацией между собой, но подобные неурядицы решаются за счет применения специальных форматов и языков, принятых в CALS-технологиях, хотя для обеспечения неискаженной передачи геометрических данных через промежуточные унифицированные языки приходится преодолевать некоторые сложности.

Структура

Как и любые другие сложные системы, CAD включают в себя несколько подсистем, которые могут быть проектирующими или обслуживающими.

Первые занимаются непосредственным выполнением разнообразных проектных работ. В качестве примера таковых можно привести подсистемы трехмерного геометрического моделирования всевозможных механических объектов, схемотехнического анализа, создания конструкторской документации или же трассировки соединений печатных плат.

Обслуживающие подсистемы предназначаются для того, чтобы обеспечить нормальную работоспособность проектирующих, а их комбинацию довольно часто среди специалистов принято называть системной средой САПР. В качестве типичных обслуживающих подсистем часто используются базы управления проектными данными, всевозможные подсистемы разработки и последующего сопровождения программного обеспечения CASE, а также обучающие, предназначенные для облегчения освоения пользователями технологий, реализованных в CAD.

Структурирование по различным аспектам позволило появиться видам обеспечения САПР, которых сегодня выделяют всего семь:

• техническое, которое включает в себя различные ;
• математическое, объединяющее всевозможные математические методы, алгоритмы и модели;
• программное, представляющее собой компьютерные программы САПР;
• информационное, в состав которого включены базы данных, системы управления этими базами, а также множество другой информации, использующейся в процессе проектирования;
• лингвистическое, выражающееся в виде языков общения между ЭВМ и проектировщиками, языками обмена данными между техническими средствами CAD и языками программирования;
• методическое, в которое входят всевозможные технологии проектирования;
• организационное, выполненное в виде должностных инструкций, штатных расписаний и прочей документации, при помощи которой осуществляется регламентирование работы проектных предприятий.

Стоит отметить, что вся совокупность информации, которая применяется в процессе проектирования, специалистами называется информационным фондом CAD. База данных представляет собой упорядоченную совокупность информации, в которой отражаются различные характеристики объектов и их взаимосвязь в определенной Доступ к базе данных для изучения, записи и последующей корректировки данных проводится через СУБД, а совокупность СУБД и БД принято называть БнД, то есть банк данных.

Классификация

Системы проектирования CAD/CAM классифицируются по целому ряду признаков, таких как приложение, целевое предназначение, масштабы (насколько комплексно решаются поставленные задачи), а также характер базовой подсистемы.

По приложениям среди наиболее популярных и представительных стоит выделить следующие группы САПР:

• использующиеся в сфере общего машиностроения (за счет чего их принято называть машиностроительными);
• использующиеся в сфере радиоэлектроники;
• использующиеся в сфере строительства и архитектуры.

Помимо этого, существует также достаточно большое количество специализированных систем или выделяемых в перечисленных группах, или представляющих собой полностью самостоятельное ответвление классификации. В качестве наглядного примера можно привести САПР крупных интегральных схем, электрических машин, летательных аппаратов и еще целый ряд других.

По масштабам различаются отдельные программно-методические комплексы, включая комплекс проверки прочности различных механических изделий согласно методу конечных элементов или же комплекс проверки электронных схем, а также системы с уникальной архитектурой не только программного, но еще и технического обеспечения.

Базовая подсистема

Здесь существуют следующие разновидности CAD:

• На основе подсистемы геометрического моделирования и машинной графики. Такие САПР в основном ориентируются на различные приложения, в которых в качестве основной процедуры проектирования выступает конструирование, то есть четкое определение пространственных форм, а также взаимного месторасположения объектов. Именно поэтому в эту группу входят многие САПР из сферы машиностроения, основанные на базе графических ядер. В наше время достаточно часто принято использовать унифицированные графические ядра.
• На основе СУБД. Они в основном ориентируются на те приложения, в которых есть возможность, проводя относительно несложные математические расчеты, переработать достаточно большой объем информации. Их часто можно встретить в технико-экономических приложениях, таких как проектирование бизнес-планов, но при этом нередко их используют и в процессе проектирования крупных объектов наподобие щитов управления в автоматических системах.

Помимо этого, существуют также комплексные САПР, в которые входят подсистемы всех предыдущих видов. В качестве характерных примеров таких комплексных систем стоит привести программное обеспечение, которое активно используется в современном машиностроении, или же САПР БИС. Последний включает в свой состав СУБД и различные подсистемы проектирования компонентов, функциональных и логических схем, топологии кристаллов, а также тесты для анализа годности изготовленных изделий. Для того чтобы обеспечить нормальное управление такими сложными программами, принято использовать специализированные системные среды.

Имеются три метода программирования обработки, такие как ручное программирование, программирование на пульте УЧПУ и программирование с помощью CAD/CAM системы.

Ручное программирование это достаточно утомительная работа. Но, тем не менее, технологи-программисты должны хорошо понимать технику ручного программирования, несмотря на то, как они работают. В настоящее время еще существуют предприятия, где используют метод ручного программирования. На самом деле, если у предприятия есть несколько станков с ЧПУ, а производимые детали несложные, то знающий программист сможет работать и, не имея средств автоматизации своего труда.

Метод программирования на пульте УЧПУ стал особо популярным только в последние годы. Связано это с увеличением их возможностей, улучшением интерфейса, ну и конечно техническое развитие систем ЧПУ оказало свое влияние. В данном методе, применяя клавиатуру и дисплей, программы пишутся и устанавливаются на самой стойке ЧПУ. Нынешние системы ЧПУ на самом деле дают возможность эффективно работать. Диалоговый язык программирования, который имеется у некоторых систем ЧПУ, существенно облегчает процедуру разработки УП и делает работу с ЧПУ удобной для оператора.

Программирование при помощи CAD/CAM системы дает возможность продвинуть процедуру создания программ обработки на уровень выше. Технолог-программист, используя СAD/CAM систему, освобождается от трудоемких математических расчетов и приобретает набор инструментов, который существенно увеличивает скорость разработки УП.

Определение CAD и САМ

В настоящее время, чтобы достичь успеха на рынке, промышленному предприятию необходимо работать над снижением себестоимости, сокращением срока выпуска и повышением качества продукции. Развитие компьютерных и информационных технологий послужило причиной создания CAD/CAM/CAE систем, которые в свою очередь, стали эффективными средствами решения таких задач.

CAD системы (computer-aided design - компьютерная поддержка проектирования) - это программное обеспечение, автоматизирующие работу инженера-конструктора и позволяющее решать задачи проектирования изделий и оформления технической документации с помощью компьютера.

Под САМ системами (computer-aided manufacturing - компьютерная поддержка изготовления) понимают такие системы, которые автоматизируют расчеты траекторий движения инструмента для обработки на станках с ЧПУ, и обеспечивают выдачу УП при помощи компьютера.

САЕ системы (computer-aided engineering - компьютерная поддержка инженерных расчетов) разработаны для решения разнообразных инженерных задач таких как, расчет гидравлических систем и механизмов, анализ тепловых процессов, расчет конструктивной прочности.

Продвижение CAD/CAM/CAE систем длится уже много десятков лет. В течение этого времени произошло некоторое деление, а скорее ранжирование систем на уровни: верхний, средний и нижний. Системы нижнего уровня очень доступны для изучения, но обладают значительно ограниченными функциями. Системы среднего уровня являются золотой серединой. Они предоставляют пользователю все необходимые средства для решения большей части задач, и при этом такие системы просты в изучении и работе. Системы верхнего уровня имеют огромное количество функций и возможностей, но при этом с ними тяжело работать.

Алгоритм работы с CAD/CAM системой.

1 этап. В CAD системе разрабатывается 3D модель детали или ее электронный чертеж. На рисунке представлена трехмерная модель детали с карманом сложной формы.

2 этап. 3D модель детали или ее электронный чертеж импортируется в САМ систему. Технолог-программист определяет поверхности и геометрические элементы, необходимые для обработки, делает выбор стратегии обработки, режущего инструмента и задает режим резания. Система вычисляет траектории перемещений инструмента.
3 этап. В САМ системе проводится визуальная про¬верка возникших траекторий. Программист имеет возможность достаточно легко исправить ошибки, которые могут обнаружиться на этом этапе, просто заново вернувшись к предыдущему.

4 этап. Завершающим продуктом САМ системы предстает код УП. Такой код создается с помощью постпроцессора, который в свою очередь подгоняет УП под характеристики определенного станка и системы ЧПУ.

На нашем сайте вы можете выбрать подходящее для автоматизации составления карт раскроя и подготовки управляющих программ для станков плазменной резки с ЧПУ.