Автоматизация проектирования технологического процесса сварки

УДК 622.2

В.В. Гуляев (Москва, ЗАО «АСКОН»),

И.Г. Хармац

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СВАРКИ

Рассматриваются методы автоматизированного проектирования технологических процессов сварочного производства с помощью программного обеспечения компании «АСКОН» (Россия) Основ): методов составляют формализованное описание типовых элементов сварных конструкций и синтез планов их технологической обработки. Показаны основные приемы работы со специализированной средой проектирования техпроцессов сварки. Средства технологического проектирования анализируются в контексте технологической подготовки производства.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) стали основным инструментом работы инженеров практически во всех отраслях промышленности. Для решения задач технологической подготовки производства наиболее широкое распространение получили САПР технологических процессов (ТП), которые позволяют существенно повысить качество и скорость технологического проектирования.

Функциональность существующих коммерческих САПР ТП ориентирована на автоматизацию общих задач технологического проектирования для разных видов производства: формирование текста ТП, подбор оборудования и средств оснащения, выпуск технологической документации, поддержка справочных информационных массивов. Методология автоматизированного проектирования в САПР ТП в настоящее время достаточно отработана и содержит набор стандартных методов:

- диалоговое проектирование (с использованием баз данных);

- проектирование на основе техпроцесса-аналога;

- проектирование с использованием часто повторяемых технологических решений;

- проектирование на основе групповых и типовых техпроцессов;

- проектирование на основе технологического описания (кодирования) геометрии обрабатываемых поверхностей.

Указанные методы могут использоваться практически для любых видов производств. Вместе с тем, очевидно, что для эффективной разработки ТП сварки с помощью САПР требуется решение ряда специализированных вопросов:

- автоматизированный подбор сварочных материалов по определённым наборам критериев;

- автоматизированное получение объективных режимов сварки;

- автоматизированный расчет норм расхода вспомогательных материалов (электродов, газов и пр.), электроэнергии, основного и вспомогательного времени на сварочный переход;

- создание единого механизма описания алгоритмов для различных способов сварки;

- создание единой рабочей среды технолога, в которой представлена вся необходимая конструкторская и технологическая информация (как текстовая, так и графическая).

Анализ, проведенный специалистами «АСКОН», показал, что применение традиционной методологии автоматизированного проектирования к разработке ТП сварки не позволяет достичь высокой степени автоматизации в силу следующих причин:

- многовариантности сочетаний различных параметров и условий сварки в ТП;

- проблемы учета специфики ТП сварки в типовой модели САПР;

- сложности в оптимизации представления справочных данных по сварке пользователю на основе традиционных интерфейсов;

- специфических требований к расчету режимов обработки (сварки).

Необходимо также подчеркнуть, что назначение режимов сварки —

один из самых важных этапов в подготовке технологической документации сварочного производства. Решение данного вопроса обычно осуществляется путём применения различных расчётных методов, основанных на теории тепловых процессов при сварке. Эти методы позволяют с достаточной достоверностью определять параметры режима, но применимы для ограниченной группы марок материалов, типов сварных швов и видов сварки. Вместе с тем на предприятиях зачастую назначаются режимы, полученные опытным путём, либо режимы, взятые из справочников. Следовательно, в САПР ТП должно обеспечиваться применение как реальной информации о режимах сварки, так и пользовательских алгоритмов для их расчёта.

Таким образом, для эффективного решения обозначенных выше вопросов требуется поиск нового подхода к САПР ТП сварки.

В основу разработки актуального решения был заножен следующий принцип: инженер, ориентируясь на возможности предприятия, формирует определённые технологические решения уже при проектировании сварной конструкции. Носителем такой информации являются стандартные конструктивные элементы (КЭ) сварных швов, указанные в нормативной или справочной документации. Так, в государственных стандартах на КЭ сварных швов регламентируются их конфигурация и геометрические размеры в зависимости от толщины кромок и способа сварки. Таким образом, автоматизация технологического проектирования сварки должна базироваться на максимально эффективном использовании конструктивных (точнее, конструкторско-технологических) элементах (КТЭ) сварных швов, кото-

рые фактически служат связующим звеном между конструкцией сварного изделия и технологией его изготовления.

В качестве инструментальной основы для создания специализированной среды проектирования техпроцессов сварки выбрана САПР ТП «ВЕРТИКАЛЬ», так как в этой системе уже решены некоторые важные вопросы:

- введено понятие КТЭ как объекта технологии;

- разработаны методология и мощный инструментарий применения КТЭ для автоматизации технологического проектирования;

- создана единая среда с отображением как конструкторской, так и технологической информации;

- разработаны средства автоматического формирования комплектов технологической документации.

За основу при описании сварочных операций в технологии сварки взят КТЭ сварного шва. Информация о стандартных КТЭ перенесена из нормативно-технической документации в библиотеку конструктивнотехнологических элементов. Каждому конструктивному элементу шва сопоставлены определённые технологические блоки и алгоритмы синтеза фрагмента ТП. В каждом таком блоке объединена конструкторская и технологическая информация: геометрические параметры сварных швов, группы свариваемых материалов, способ сварки, фрагменты технологии и исходная информация для расчёта режимов либо непосредственно режимы сварки.

Пользователь может самостоятельно добавить и настроить любой конструкторско-технологический элемент при помощи «Системы администрирования сварочных КТЭ», которая является составной частью САПР.

Для описания КТЭ применяются изображения кромок и шва, их геометрические параметры, а также формулы для расчёта площади поперечного сечения шва (площади наплавки или объёма). Кроме этого, для КТЭ назначаются способы сварки, которыми он может быть выполнен в соответствии с ГОСТ (либо стандартом предприятия), и фрагмент технологии, состоящий из набора параметризованных операций и переходов. Предусмотрено добавление нескольких вариантов фрагментов технологии, а также возможность послойного описания сварного шва (например, если слои шва выполняются различными способами сварки).

Реализованные алгоритмы позволяют в процессе разработки технологии автоматизировать подбор сварочных материалов с учетом способа сварки основного материала, требований к межкристаллитной коррозии, диапазона рабочих температур сварной конструкции и др.

Каждый способ сварки характеризуется набором определённых параметров и алгоритмом работы, которые тоже могут редактироваться пользователем. Общая структура информационного обеспечения, принятая

для проектирования техпроцессов сварки с применением КТЭ, показана на рисунке.

ОБОЗНАЧЕНИЕ КЭ

ГОСТ 14771.7Є.С17 ИЗОБРАЖЕНИЕ КЭ

Формула площади поп. сечения

Р9и~«*УС8*5*(3і)*ГЧЛ«и»У5*«Ч*Ну а*о.г?5

ПАРАМЕТРЫ ФОРМУЛЫ

Дуомч смр*а в ут**слом га»

ПГввЯи»ЛЮИОе»Л-рСАОМ

Т-\

.^м

I

1

»

I

I»

1

____г___і •-,,-.-.:.-.-.гтіу^хг ....

Общая структура информационного обеспечения, принятая для проектирования техпроцессов сварки с применением КТЭ

Чтобы обеспечить учет всех особенностей, характерных для разных способов сварки, вся информация (исходная, справочная, расчетная и пр.), необходимая для расчета режимов, объединена в четыре группы.

1. Метод получения режимов сварки:

- расчёт режимов по эмпирическим формулам;

- получение режима из таблиц режимов для КЭ.

2. Параметры:

- исходные;

- внутренние;

- результирующие;

- параметры взаимодействия с внешними модулями.

3. Алгоритмы:

- расчёт расхода сварочных материалов;

- расчёт времени сварки;

- порядок формирования строки режимов;

- прочие технологические расчеты.

4. Шаблоны вывода результатов расчёта.

Указанное структурирование данных позволяет адаптировать систему к расчету любых способов сварки, настраивать конструктивные элементы сварных швов (стандартные и нестандартные), конфигурировать

КТЭ (назначать перечень параметров и алгоритмы расчёта), а также создавать и вести базы данных по каждому способу сварки.

Следует отметить, что поиск режима для угловых, тавровых и на-хлёсточных соединений, где в обозначении сварного шва указано значение катета, может проводиться по двум вариантам:

- по номинальному значению катета, указанного в параметрах формулы для расчёта площади поперечного сечения сварного шва;

- по значению катета шва, указанног о в ходе разработки технологии для конструктивного элемента.

При использовании второго варианта будет выбран режим сварки в соответствии с указанным требуемым значением катета. Площадь поперечного сечения шва и расход сварочных материалов при этом будут пересчитаны автоматически с учётом выбранного катета.

Типовой алгоритм работы технолога в рассматриваемой САПР ТП сварки включает следующие действия:

- выбрать из библиотеки требуемый КТЭ сварного шва;

-уточнить параметры КТЭ и автоматически получить план его

обработки (фрагмент техпроцесса в виде последовательности операций и переходов с указанием средств технологического оснащения);

- поместить полученный фрагмент в техпроцесс;

-для основных переходов сварки получить в автоматизированном режиме информацию по сварочным материалам (включая нормы расхода), режимам сварки, нормы основного времени и др. Разместить полученные данные в техпроцессе;

- по окончании проектирования запустить процесс автоматического формирования комплекта технологической документации.

Таким образом, разработанные специалистами «АСКОН» методы и средства автоматизированного проектирования обеспечили возможность полномасштабной автоматизации работ в контексте технологической подготовки сварочного производства. Система расчета режимов сварки (в составе комплекса программных продуктов «АСКОН») успешно внедрена и применяется инженерами-технологами на промышленных предприятиях Российской Федерации и стран СНГ.

Получено 23.04.08