CC BY
42
.....СЕМИНАР . 14 .
:::::: ДОКЛАД . НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ . ГОРНЯКА -
99"
::::: МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99 : і ГПЇЇЇ':::::::
::: Г.И. Сагалова, Ю.А. Павлов, ;:: :
2000 ^
УДК 679.8:681.3:622 ...........................
Г.И. Сагалова, Ю.А. Павлов
КОНЦЕПЦИЯ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОИМАТИЗАЦИИ ГРАНИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ НА ОСНОВЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
когда предъявляются все более высокие требования к конкурентной способности выпускаемой продукции, для предприятий алмазнобриллиантового комплекса (АБК) России важнейшим показателем эффективности становится соотношение между качеством и стоимостью изделий их гранильных производств. Достижение наименьшей себестоимости создаваемой продукции (главным образом бриллиантов) при высокой их цене и возрастающем покупательском спросе становится главным требованием выживания и развития предприятий отечественного АБК. Решить эту важнейшую проблему можно только при освоении самых передовых технологий и оборудования, а также за счет подготовки и переподготовки высококвалифицированных специалистов, ориентированных на модернизацию данных производств [3]. Создание современных гибких и комплексно автоматизированных гранильных и ювелирных производств, замкнутых на различные секторы внутреннего и внешнего рынков, неразрывно связано не только с внедрением прогрессивных ограночных технологий, но и с компьютеризацией подготовительных процессов художественного дизайна, инженерных исследований, проектирования и технологической подготовки этих производств. Такие понятия, как компьютеризированное интегрированное производство (СІМ), сквозные компьютерные технологии для всех стадий жизненного цикла изделий (CALS-ТесЬпо^у), системы компьютерного
ния, проектирования и подготовки производства (АКТ-САЕ-САБ-САМ), становятся понятными не только специалистам передовых отраслей машиностроения и приборостроения, но и руководящим работникам и ведущему инженерному составу горнообогатительных, гранильных и ювелирных предприятий АБК.
Для создания концепции комплексной автоматизации производства алмазно-бриллиантовых изделий необходимо рассмотреть существующие технологические процессы и оборудование, используемые на гранильных предприятиях [4]. Анализируя основные технологические процессы на отечественных гранильных предприятиях (на примере Смоленского и Московского ПО "Кристалл"), а также на зарубежных фирмах (Компания "Де Бирс"), можно сделать следующие выводы:
1) Российские гранильные технологии на предприятиях АБК ориентированы на массовое не переналаживаемое производство бриллиантов с ограниченным количеством видов различных огранок (в частности, классическая круглая КР-57, овальная ОВ-57, грушевидная Г-56 и формы "маркиз" М-55). Для этого на предприятиях ПО "Кристалл" используются автоматизированные поточные линии, выполняющие все операции технологического маршрута: от заготовительных до финишных. Уникальные (эксклюзивные) формы огранки продолжают изготавливаться вручную ювелирами высокой квалификации, которые не могут конкурировать с продук-
цией ряда европейских фирм, использующих компьютеризированные технологии и оборудование.
2) В составе типового технологического процесса огранки алмазов важное место занимают контрольноизмерительные операции для оценки качества исходного сырья, а также для контроля формы и размеров, получаемых в результате предварительных операций (раскалывание и распиливание, обточка, предварительная шлифовка). Для наиболее сложного процесса метрологического контроля и сертификации качества готовых изделий используются разнообразные технические средства: от простых визуальных ( оптическая лупа, бинокулярный микроскоп) до сложных компьютеризированных контрольноизмерительных машин, использующих разные физические принципы (оптические, спектральные, лазерные и др.). При этом обязательным является соблюдение принципа контроля по полной программе всех операций технологического процесса.
Условием успешного выхода из сложившейся сложной ситуации в АБК и дальнейшего развития государственных гранильных предприятий является необходимость перехода к гибкой комплексной автоматизации всех процессов производственного цикла. Основными задачами являются: автоматизация процесса многопараметрической аттестации алмазного сырья; компьютеризация творческой работы дизайнера по созданию формы огранки алмаза; автоматизация компьютерными средствами конструкторско-технологического проектирования каждого изделия с учетом физико-механических свойств исходного кристалла и оптимизации процесса обработки заданной формы по критерию наибольшей стоимости изготавливаемого бриллианта; программная обработка алмазов на гибко переналаживаемом оборудовании с компьютерным управлением в соответствии с оптимизированной операционной технологией; сертификация готовых изделий по международным нормам с использованием компьютеризированных контрольно-
измерительных комплексов. Среди перечисленных проблем выделим, прежде всего, наиболее трудоемкие, связанные с творческой работой ху-дожников-дизайнеров, инженеров-конструкторов и технологов, а также
операторов оборудования для огранки кристаллов, оснащенного компьютерным управлением.
Дизайнерская и конструкторско-технологическая подготовка производства эксклюзивных бриллиантов и других драгоценных камней с фантазийными формами огранки выполняются с помощью интегрированной компьютерной системы типа ART-CAD-CAM (система "Грань") [1], [2].
Данная система должна включать в себя следующие инструментальные программные средства: интеллектуальную компьютерную среду (ИКС); комплекс программ для художественного дизайна (например, типа Deco Design или 3D Studio. Max); программный комплекс для работы с параметрической графикой (система T -Flex. CAD 2D - 3D); интегрированную интеллектуальную систему (ИнИС). Среда ИКС представляет собой интегрированный и взаимодополняющий друг друга набор программных средств, поддерживающих технологию разработки конкретного приложения с максимальным привлечением знаний и умений экспертов и специа-листов-пользователей. ИКС позволяет сформировать на ПЭВМ понятийную модель (словарь для данной предметной области), записать различные функциональные связи между отдельными свойствами объектов в виде спецификаций действий, многоуровневых (реляционных) отношений, правил принятия решений, графических зависимостей и таблиц параметров. Средствами ИКС обеспечивается полная автоматизация процесса генерации программ с языков спецификаций на язык прикладного программирования С. На основании отдельных правил из сгенерированных программ составляются вычислительные модели, в среде которых планировщик ИКС реализует процедуру вывода, позволяющую по исходным данным и требуемым результатам организовать последовательность принятия решений. При необходимости выполнения экспертных функций пользователь может вывести протокол вычислений для получения пояснений обоснованности принятых решений.
Система Deco Design предназначена для создания художественного
Рис.1. Структура инструментальных программных средств при разработке и эксплуатации системы ARТ-CAD-CAM "Грань"
образа изделия, его реалистического трехмерного моделирования и визуализации. Полученная модель затем передается в графическую систему T-Flex. CAD, которая служит для проектирования в интерактивном режиме векторных графических моделей разрабатываемого изделия, их редактирования, параметризации и сохранения в файловой системе. Данная система, кроме того, поддерживает объектно-ориентированный способ создания графических баз знаний, а также является инструментом для оформления чертежно-графической документации. При желании пользователь может конвертировать графическое изображение в один из типовых форматов (например, DXF) для передачи в систему художественного дизайна для доработки, а затем вернуть обратно.
Система ИнИС представляет собой специально созданную программную оболочку, в среде которой накапливается прикладная база знаний пользователя, реализованы средства для управления и отображения текущего состояния в системе процессов художественного дизайна, технического проектирования изделия и технологии его изготовления. Данная системная оболочка реализуется на ПЭВМ как надстройка над программной платформой Windows. Описание объекта проектирования в ИнИС строится по многоуровневой схеме.
На верхнем (нулевом) уровне разрабатывается общая концепция объектов производства: создаются художественные модели изделий, оцениваются их потребительские свойства и относительные стоимости изготовления.
На первом уровне выполняется техническое проектирование изделия с конкретной формой огранки и определяются архивы ранее выполненных аналогичных разработок. В состав технического проекта входит вся необходимая информация об исходном материале и готовом изделии, включающая: формализованное техническое задание; используемые инженерные расчеты геометрии, объема и массы; анализ оптико-механичес-ких свойств при моделировании изделия c различной пространственной ориентацией в объеме исходного материала; чертежно-графическое представление оптимизированной пространственной формы; техническое описание
изделия; разработка необходимой проектно-конструкторской рабочей документации.
На следующем уровне выполняется проектирование маршрутного технологического процесса изготовления изделия или группы аналогичных изделий. Могут использоваться как единичные, так и унифицированные (групповые) технологические процессы, хранящиеся в архиве. Для каждого процесса выбирается оборудование, инструменты и оснастка; разрабатывается имитационная технологическая модель; рассчитывается загрузка оборудования и другие характеристики процесса; готовится необходимая технологическая документация.
Последующий уровень связан с проектированием операционных технологий для каждой единицы оборудования: разрабатываются карты наладок выбранного технологического оборудования и инструментальных комплектов; рассчитывается геометрический план обработки; выбираются и оптимизируются режимы обработки для каждого технологического перехода; готовятся управляющие программы для оборудования с ЧПУ; производится имитационное моделирование операционной технологии; прогнозируются режимы размерной настройки станка и инструмента; разрабатывается соответствующая операционно-технологическая документация.
На последним уровне осуществляется проектирование оснастки и нестандартного инструмента, а также специализированных контрольноизмерительных и диагностических устройств; формируются алгоритмы автоматического регулирования и создаются программы адаптивного управления технологическими процессами в соответствии с выбранными критериями качества изделий или процессов (точности, цены, производительности и себестоимости изготовления).
Вся эта многоуровневая система имеет единый словарь понятий, благодаря чему достигается возможность оперативного отслеживания любых изменений параметров или характеристик на каждом уровне. При этом пользователь должен быть уведомлен о возможных последствиях таких изменений. Реализованная при построении оболочки ИнИС программная ар-
хитектура позволяет создавать так называемые открытые интегрированные системы. В частности, в данном случае достаточно просто реализуется принцип совмещенного проектирования и технологической подготовки производства, Особенностью такого подхода к созданию систем типа АКТ-САБ-САМ является то, что работы дизайнера, конструктора изделия и технолога, проектирующего процессы изготовления и оснастку, могут вестись согласовано во времени с разных автоматизированных рабочих мест, объединенных в компьютерную сеть.
Взаимосвязь рассмотренных компьютерных инструментальных
средств в ходе создания и эксплуатации программных приложений пользователя (на примере системы АКТ-САБ-САМ "Грань") приведена на рис. 1.
Основной задачей разработчиков системы "Грань" на основе предложенных инструментальных программных средств становится создание баз знаний по художественному дизайну, конструкторско-
технологическому проектированию и изготовлению изделий гранильных производств. Объектно-
ориентированные базы знаний заполняются один раз в процессе разработки данного приложения. В состав конструкторско-технологической базы знаний, выполненной в виде автоматизированной системы поддержки инженерных решений, должны входить следующие разделы: словарь понятий в соответствующей прикладной области; структурная модель объекта; каталог базовых операций проектирования; правила композиций (сценарий проектирования); инженерная база знаний по геометрическому и физическому расчетам изделий и их элементов; архив готовых разработок; используемые зависимости при вари-
ПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Павлов Ю.А., Манюшин Р.А., Шайкин П.К. Комплекс программных средств для создания и конструкторско-технологической подготовки производства художественных изделий: Сб. докладов научно-методического семинара "Неделя горняка -98". -М.: Изд-во МГГУ, 1999 (в печати).- 6 с.
2. Соломенцев Ю.М., Рыбаков А.В. Компьютерная подготовка производства/ "Авто-
антном проектировании; стратегия моделирования (по сценарию и по операциям); рабочие зоны моделирования структуры объекта и его элементов, а также процессов; критерии оценок (физико-технические, технологические и стоимостные); базы технологических данных (по оборудованию, инструментам и оснастке); база знаний по стратегии выбора режимов обработки; дополнительные справочные каталоги. Знания представляются в форме отношений, задаваемых разными способами: с помощью табличных зависимостей с блоками принятия решения; параметризованных графических объектов и их фрагментов; аналитических зависимостей с планированием вычислений.
Каждая из баз знаний работает по следующей схеме: по исходным данным и принятым в формализованном техническом задании ограничениям выполняется расчет, на основе которого обосновывается геометрия изделия. Пользователь может выполнить моделирование, действуя отдельными операциями, либо используя готовый сценарий аналога. В результате моделирования у пользователя могут возникнуть три варианта для принятия решения: 1 - изделие удовлетворяет заданным требованиям и, следовательно, необходимо задать режим подготовки соответствующей документации (чертежей, спецификаций, технологических карт и т.д.); 2 - изделие не соответствует требованиям ТЗ, поэтому необходимо выполнить анализ их причин и скорректиро-
вать соответствующих параметры, а затем вновь задать процедуру проектирования; 3 - изделие не может быть выполнено в соответствии с формализованным ТЗ из-за отсутствия требуемых свойств либо соотношений между этими свойствами в исходной объектной модели, поэтому необходимо модернизировать базу знаний.
Использование таких систем позволяет многократно сократить время на разработку новых изделий, обеспечить их высокое качество и соответственно повысить цену. Использование интегрированной системы АКТ-САБ-САМ "Грань" становится наиболее эффективным при оснащении гранильных производств современным технологическим оборудованием с компьютерным управлением.
Таким образом, реструктуризация ассортимента российских бриллиантов и драгоценных камней за счет расширения выпуска нетрадиционных форм огранки, использования алмазов и камней-самоцветов различного размера и качества, снижения себестоимости их промышленного производства путем внедрения компьютеризированных технологий художественного дизайна, проектирования и изготовления; организация гибкого автоматизированного производства бриллиантов с фантазийными формами огранки и изготовления на их основе уникальных ювелирных изделий - это реальный путь выхода из кризисной ситуации и дальнейшего развития предприятий АБК России.
С
матизация проектирования", №1, 1997. -с.31 - 35.. 4. Технология обработки алмазов в бриллианты / Епифанов В.И.,
3. Состояние и перспективы развития алмазно-бриллиантового Песина А.Я., Зыков Л..В. ; 4-е изд. -М.: Высшая школа, 1987. - 335 с. комплекса России: Сб. тезисов докладов на 6-й научно-практической конференции. -Смоленск: АО "Кристалл", 1998. - с.
/ /
«•> / 11ІГ / Сагалова Галина Ивановна - аспирант кафедры «Технология художественной обработки минералов», Московский государственный горный университет. Павлов Юрий Александрович - доцент, кандидат технических наук, кафедра «Техноло-1 ия художественной обработки минералов», Московский і осударсівенні.ій і орный универси-іеі.
