Сквозная автоматизация – это процесс, в ходе которого все этапы жизненного цикла изделия взаимосвязаны начиная от проектирования изделия и заканчивая его вводом в эксплуатацию, что позволяет упростить разработку изделия. В контексте технологической подготовки производства (ТПП) это означает, что 3D-модель, созданная конструктором, становится единственным и главным источником данных для всех дальнейших этапов. [1]

Ключевое отличие сквозного подхода от традиционного заключается в следующем:

1. Традиционный подход: Конструктор создает чертеж. Технолог читает чертеж, интерпретирует его и вручную заполняет технологические карты, рассчитывает режимы и пишет управляющую программу. Это чревато тем, что любое изменение в чертеже влечет за собой ручную перенастройку всех документов.
2. Сквозной подход: Конструктор создает 3D-модель изделия. Технолог работает с этой моделью, система автоматически рассчитывает геометрию, размеры, допуски и обозначения шероховатости. На основе полученных данных система генерирует техпроцесс и траектории обработки. Если конструктор меняет модель, технолог получает уведомление, а связанные данные обновляются полуавтоматически.

Для реализации единого потока необходима интеграция нескольких классов программного обеспечения. Центральную роль в этой экосистеме играет PDM-система (Product Data Management), которая управляет данными об изделии и обеспечивает взаимодействие между различными приложениями. Рассмотрим типовую архитектуру сквозного решения на примере программного комплекса АСКОН.

Архитектура сквозного решения:

–  CAD (Система автоматизированного проектирования): КОМПАС-3D. Здесь создается 3D-модель — источник данных.

– PDM/PLM (Управление данными): ЛОЦМАН:PLM. Центральное хранилище, управляет структурой изделия, версиями документации и потоками работ.

– CAPP (Автоматизация техпроцессов): ВЕРТИКАЛЬ. Система для проектирования техпроцессов, которая напрямую получает данные из CAD через PDM.

– CAM (Подготовка управляющих программ (УП) для ЧПУ): ГеММа-3D, ESPRIT, КОМПАС-3D. Модули для расчета траекторий обработки на основе геометрии модели. [2,3,8]

Первым и важнейшим этапом является автоматическое извлечение информации из 3D-модели. Как отмечается в научных исследованиях, для этого используются интерфейсы прикладного программирования (API) CAD-систем. Это позволяет получать не только геометрию, но и:

– метаданные (обозначение, наименование детали);

– свойства материала (из справочника, интегрированного с CAD);

– параметры аннотаций (допуски, шероховатости);

– параметрические переменные модели.

Эта информация автоматически подгружается в CAPP-систему (Computer-Aided Process Planning), что исключает ошибки ввода и экономит время технолога.

Наиболее продвинутым уровнем сквозной автоматизации является применение конструкторско-технологической параметризации. Благодаря ей, между элементами 3D-модели и параметрами технологического процесса (например, траекториями обработки) устанавливаются ассоциативные связи.

Что это дает на практике? Возможность быстрого внесения изменений. Если конструктор изменяет диаметр отверстия в модели, технологу не нужно пересчитывать режимы резания и заново строить траекторию сверления. Ассоциативная CAM-система автоматически подстроит траекторию под новый диаметр, а CAPP-система пересчитает режимы, если они привязаны к параметрам модели. Новые значения тут же попадут в технологическую документацию.

Такой подход наиболее эффективен для деталей, имеющих несколько размерных модификаций, или для производства семейств однотипных изделий.

Однако внедрение сквозной автоматизации — это не только установка программного обеспечения. Как подчеркивают разработчики, ключевую роль играет методология применения — процессная модель.

Прежде чем настраивать интеграцию, необходимо четко описать, как у вас на предприятии происходит:

• Разработка документов и данных: кто и как создает 3D-модели, техпроцессы, УП.
• Согласование и утверждение: как проходят маршруты согласования электронных документов.
• Архивное хранение и выдача: как происходит учет и выдача документации в цеха.
• Проведение изменений: как уведомлять всех участников об изменениях в модели.

Эти процессы должны быть формализованы и закреплены в регламентах, и только после этого можно переходить к технической реализации.

Сквозная автоматизация, связывающая 3D-модель, технологию и документацию, перестает быть просто модным трендом и становится необходимым условием конкурентоспособности. Переход от разрозненных CAD/CAPP/CAM-систем к интегрированному решению на базе PDM-платформы позволяет:

• Исключить всевозможные ошибки при ручном вводе.
• Сократить время ТПП за счет автоматического извлечения информации из 3D-модели.
• Ускорить внесение изменений благодаря параметризации и ассоциативным связям.
• Создать основу для цифровых двойников изделий и процессов.

Главный залог успеха — не только покупка современного ПО, но и тщательная проработка процессной модели предприятия и обучение персонала работе в едином информационном пространстве. Только в этом случае слово «сквозная» наполнится реальным смыслом, а цифровой поток данных начнет работать на вашу эффективность.

Практическое применение сквозной автоматизации с применение программ АСКОН:

1. Создание 3D-модели:

Для создания 3D-модели отлично подойдёт одна из программ АСКОН под названием «Компас 3D». С помощью нее можно создавать как 3D-модели, так и чертеж детали.

Пример получаемой детали представлен на рисунке 1.

Рис. 1 – Пример 3D модели в программе Компас 3D

2. Написание технологии обработки:

Для написания технологии обработки нам подойдет программ АСКОН под названием «ВЕРТИКАЛЬ». Это один из модулей программы компас 3D. Она позволяет.

• проектировать технологические процессы в автоматизированном режиме [4-7];
• рассчитывать материальные и трудовые затраты производства;
• формировать все необходимые комплекты технологической документации, используемые на предприятии;
• организовать и развивать технологические базы данных предприятия;
• передавать данные в различные системы планирования и управления (классов PDM/MRP/ERP), а также организовывать совместную работу с модулями и приложениями, разработанными на предприятии.

Пример создания технологии обработки детали представлен на рисунке 2.

Рис. 2 – Написание технологии обработки

3. Автоматизации написания цикла обработки заготовки на станках с числовым программным управление (Далее ЧПУ) [3,8]:

Для автоматизации написания цикла обработки заготовки можно использовать модули программы компас 3D под названием «Модуль ЧПУ. Токарная» и «Модуль ЧПУ. Фрезерная».

Данный модули позволяют в автоматическом режиме написать код программы для обработки детали как для токарной, так и для фрезерной обработки. Что бы начать создавать программу необходимо загрузить 3D модель детали в программу. Затем проставить на модели начало координат станка. Пример задания нуля детали представлен на рисунке 3. Затем задать размеры заготовки и используемые инструменты. Пример задания заготовки представлен на рисунке 4.

Рис. 3 – Задание нуля станка	Рис. 4 – Создание заготовки

После необходимо задать этапы обработки в программу указав инструмент, поверхности подлежащие обработке и другие параметры. После задания всех значений мы увидим маршрут обработки детали и сможем запустить симуляцию обработки заготовки. Получаемый результат после написания этапов обработки представлен на рисунке 5, а симуляция обработки на рисунке 6.

Рис. 5 – Полученные этапы обработки и маршрут обработки

Рис. 6 – Симуляция обработки

4. Создание документации:

Для разработки документации также подойдет программа Компас 3D. В ней мы можем написать спецификацию на изделии, в котором будет перечислен перечень необходимых деталей и их количество. Детали могут быть как записаны вручную, так и автоматически подгружены со сборочного чертежа или же с 3D модели изделия. Пример спецификация представлен на рисунке 7.

Рис. 7 – Спецификация

В результате проведенного исследования, можно сделать вывод, что сквозная автоматизация является очень важным темой в современном машиностроении. Она необходима для повышения эффективности проектирования изделий, существенного снижения времени на разработку необходимой документации и, как следствие, снижение стоимости разработки.