Автоматизирование проектирование сборочно-сварочных приспособлений, технологической оснастки

Для проектирования сборочно-сварочных приспособлений в принципе могут использоваться любые двумерные и трехмерные графические системы. Однако применение специального программного обеспечения позволяет сделать процесс проектирования более эффективным и сократить время разработки. В таких системах можно не только создать чертеж или трехмерную модель приспособления, но моделировать его работу.

В СССР работы по автоматизированному конструированию сборочно-сварочной оснастки впервые были начаты в Институте технической кибернетики АН Белоруссии в 1981 г. Результатом совместной работы ИТК АНБ и Горьковского автозавода стала система ИНСВАР автоматизированного проектирования кузовных сборочно-сварочных приспособлений. Однако, одной подобной системы, построенной по схеме, повторяющей этапы традиционного конструирования, было недостаточно, требовались графическое моделирование и оценка приемлемости положения сварной конструкции в приспособлении в процессе сварки [17].

Проектирование технологических приспособлений является одной из важнейших задач автоматизации ТПП и по-прежнему занимает до 60…70 % общего объема подготовки современного многономенклатурного производства. В странах СНГ этой проблемой вплотную занимаются Объединенный институт проблем информатики НАН Беларуси и российские специалисты ЗАО «Буран» [18].

В данном направлении можно выделить три основных подхода автоматизированного конструирования [18]:

· синтез на базе типовых конструктивных решений;

· поиск и преобразование аналога;

· аналитическая генерация структурной схемы.

Более эффективным оказалось построение функционально-структурных схем процессов проектирования приспособлений для конструктивно-подобных сварных конструкций, при котором типизируется схема не самого объекта, а рационального процесса его автоматизированного проектирования.

Специалистами Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси предложена двухуровневая система принятия проектных решений. На первом уровне происходит идентификация проекта оснащения и укрупненное определение структуры приспособления. На втором – настройка структурных параметров на индивидуальные особенности деталей оснащаемой сварной конструкции. Такой подход позволяет согласовать параметры конструктивных элементов между собой и обеспечить рациональность конструкции приспособлений, при этом сохраняется высокая гибкость, свойственная генерирующим подходам.

Для оценки результатов автоматизированного конструирования целесообразно использовать количественные показатели и их агрегирование с помощью математического аппарата нечеткой логики и мягких вычислений, а также нейросетевых генетических алгоритмов, аккумулирующих в себе опыт предшествующих процессов проектирования аналогичных конструкций. Напряженно-деформированное состояние сборочно-сварочных стендов и стапелей предполагается моделировать с использованием возможностей суперкомпьютеров семейства СКИФ.

Программный комплекс ИНСВАР автоматизированного конструирования сборочно-сварочной оснастки (рис. 5.1) реализован в среде Mechanical DeskTop Power Pack 6(7). Через стандартный формат обмена твердотельными моделями в него могут быть загружены модели (в т.ч. сварной конструкции) из других популярных пакетов геометрического моделирования.

С помощью специальной опции «Базирование» технолог по сварке реализует замысел будущего приспособления, фиксируя трехмерные условные значки базирующих элементов относительно модели сварной конструкции. При этом имеется возможность визуально оценить рациональность положения изделия при сборке-сварке относительно некоторого условного уровня корпуса приспособления в пространстве, а также принять решение о необходимости введения в конструкцию приспособления осей поворота и их направлений.

Рис. 5.1. Компьютерная модель сборочно-сварочного стенда, синтезированная программным комплексом ИНСВАР

Программный комплекс ИНСВАР на основе схемы базирования и технического задания, сформированного конструктором, выполняет синтез и размещение в трехмерном пространстве функциональных элементов приспособления. Функциональные элементы хранятся в специальных параметризованных, постоянно пополняемых библиотеках и объединяются в трехмерную модель конструкции приспособления посредством моделей корпусов и т.н. переходных (промежуточных элементов).

Оперативно, но укрупнено, определяются основные технико-экономические показатели конструкции: габариты, масса, координаты центра масс комплекса «сварная конструкция - приспособление», ориентировочная трудоемкость и себестоимость в условиях конкретного производства, расход стандартного проката на изготовление корпуса приспособления, площадь поверхностей элементов оснастки, предохраняемых от брызг металла
(рис. 5.2).

Рис. 5.2. Окно комплекса и основные технико-экономические

характеристики варианта синтезированного приспособления

На рациональный с точки зрения, как технолога, так и конструктора вариант приспособления формируется сборочный чертеж и спецификация. Возможно формирование управляющих программ для рассверловки крепежных отверстий на корпусе приспособления или стенда.

По данным, полученным в условиях реального проектирования, время создания работоспособных конструкций оснастки при использовании комплекса ИНСВАР сокращается более чем в 2…4 раза по сравнению с применением исключительно универсальных средств геометрического моделирования и машинной графики.

Фирмой Tecnomatix Technologies (США) в составе программного комплекса ROBCAD выпускается пакет Spotweld для контактной точечной сварки, позволяющий: собирать приспособления и моделировать работу оснастки, готовить комплект конструкторской документации, программы для контроллеров, управляющих системой и др. [17].

Российской фирмой «Буран» в комплексе программных средств РОБОМАКС создана система, обеспечивающее визуальное моделирование взаимодействия между объемными моделями сварного узла, сварочного инструмента и сборочно-сварочного приспособления. В качестве рабочей среды используется Autodesk Mechanical Desktop. Данная система успешно применяется на автомобильных заводах [17].

Автоматизированное проектирование сборочно-сварочных приспособлений и сварочных роботизированных технологических комплексов (РТК) достаточно подробно рассмотрено в работе [19] и на примере автомобильной промышленности [17].

Эффективное применение компьютерных технологий при проектировании сборочно-сварочных приспособлений и технологической оснастки должно обеспечиваться решением следующих задач:

· дальнейшая формализация процессов конструирования, особенно на начальных его стадиях;

· поиск путей создания схем базирования, увязанных с заданной размерной сеткой, уровнем и направлением остаточных деформаций при различной последовательности выполнения сварных швов;

· создание библиотек конструктивных решений;

· совершенствование программных средств [18].

Поднять уровень конкурентоспособности сварных конструкций на этапе их изготовления без квалифицированно разработанной технологически необходимой оснастки практически невозможно. В перспективе системы и программно-методические комплексы проектирования сборочно-сварочных приспособлений, стапелей и стендов должны стать неотъемлемой частью компьютерных конструктивно-технологических систем проектирования и виртуальных испытаний сварных конструкций. Основная «изюминка» таких перспективных систем – высокий уровень интеллектуальности алгоритмов, в которых должны найти отражение специфические особенности процессов сборки-сварки.

В качестве интересной перспективы заслуживает внимания автоматизация формирования управляющих программ сборки приспособлений соответствующими по техническим характеристикам роботами. Исходные данные для формирования таких программ – результаты автоматизированного конструирования сборочно-сварочного приспособления, метрические и позиционные характеристики его конструктивных элементов [18].